Científicos de Microsoft Research en Estados Unidos han demostrado un sistema llamado Silica para escribir y leer información en piezas de vidrio comunes, que puede almacenar datos equivalentes a dos millones de libros en un cuadrado delgado del tamaño de la palma de la mano.
En un artículo publicado hoy en Nature, los investigadores dicen que sus pruebas sugieren que los datos serán legibles durante más de 10.000 años.
¿Qué pueden hacer pequeños pulsos de luz?
El nuevo sistema, llamado Sílice, utiliza destellos extremadamente cortos de luz láser para inscribir fragmentos de información en un bloque de vidrio ordinario.
Estos pulsos se denominan “ultracortos” por una razón. Cada uno dura apenas una billonésima de segundo (también conocido como femtosegundos o 10 a 15 s).
Para entender esto: comparar diez femtosegundos con un solo minuto es como comparar un minuto con la edad entera del universo.
Estos destellos increíblemente cortos se pueden utilizar para generar ráfagas de luz aún más cortas que duran attosegundos (una milésima de femtosegundo o 10 a 18 s).
Estas explosiones de attosegundos se pueden utilizar para observar el movimiento de los electrones dentro de átomos y moléculas, y en 2023, el Premio Nobel de Física fue otorgado por su trabajo pionero en esta área a Ferenc Krausz (casualmente mi antiguo supervisor de doctorado), Anne L’Huillier y Pierre Agostini.
Escribiendo en vidrio
Los pulsos de láser de femtosegundos también tienen una aplicación tecnológica práctica. Se pueden utilizar para realizar cambios en el interior de materiales transparentes como el vidrio.
Estos láseres producen luz de una longitud de onda que normalmente atraviesa el vidrio sin interacción. Sin embargo, cuando los pulsos ultracortos de esta luz se enfocan estrechamente en una región particular, se produce un intenso campo eléctrico que altera la estructura molecular del vidrio en la zona focal.
Esto significa que sólo se ve afectado un pequeño volumen tridimensional, a menudo menos de una millonésima de metro por lado. Esto se llama “vóxel”, y puede formarse en posiciones controladas con precisión en el vidrio.
Décadas de investigación
La idea de utilizar vóxeles escritos con láser para el almacenamiento de datos tridimensionales no es nueva.
Eric Mazur y sus compañeros de trabajo de la Universidad de Harvard en Estados Unidos investigaron el almacenamiento óptico volumétrico en la década de 1990. Su innovador trabajo demostró que se podían inscribir estructuras de datos permanentes en vidrio común utilizando láseres de femtosegundo.
En 2014, Peter Kazansky y sus colegas de la Universidad de Southampton en el Reino Unido informaron sobre el almacenamiento de datos en vidrio de cuarzo fundido con una “vida útil aparentemente ilimitada”. Esto ayudó a establecer la idea de dispositivos de memoria ultraestables basados en vidrio.
En 2024, Kazansky creó una empresa llamada SPhotonix para comercializar lo que describen como “nanoestructuración de vidrio 5D”.
Su visión de un “cristal de memoria 5D” incluso llegó a la cultura popular: un dispositivo similar apareció en la última película de Misión Imposible, The Final Reckoning, retratado como una bóveda segura capaz de contener una poderosa pero siniestra IA.
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El proyecto Silica no pretende haber logrado un nuevo avance científico. En cambio, el equipo presenta la primera demostración integral de una tecnología práctica del mundo real.
Su trabajo reúne todos los elementos clave de dicha plataforma de almacenamiento basada en láseres de femtosegundos y vidrio. Incluye codificación de datos, escritura, lectura, decodificación y corrección de errores.
El trabajo explora diferentes estrategias de confiabilidad, velocidad de escritura, eficiencia energética y densidad de datos, e implica evaluaciones sistemáticas de la vida útil de los datos.
Silica analizó dos tipos principales de vóxeles escritos con láser.
El primero consiste en pequeñas características alargadas parecidas a vacíos creadas por “microexplosiones” impulsadas por láser dentro del vidrio. Estos permiten una densidad de almacenamiento extremadamente alta de 1,59 gigabits por milímetro cúbico.
El segundo tipo implica realizar cambios sutiles en el índice de refracción local del vidrio. Estos se pueden escribir más rápido y utilizando menos energía, pero cada milímetro cúbico de vidrio puede contener menos datos.
Este método puede escribir alrededor de 65,9 megabits por segundo y los autores dicen que esto podría aumentarse con más rayos láser.
Finalmente, los experimentos de envejecimiento acelerado sugieren que los datos escritos, incluso en el caso de los vóxeles de fase más sensibles, podrían permanecer estables durante más de 10.000 años. Esto supera ampliamente la vida útil de los medios de almacenamiento de archivos convencionales, como la cinta magnética o los discos duros.
el futuro
Cuando comencé mi doctorado a finales de la década de 1990 en la Universidad Tecnológica de Viena, éramos uno de los pocos laboratorios en todo el mundo que tenía la experiencia para construir láseres capaces de generar pulsos de femtosegundos.
Hoy en día, después de décadas de desarrollo tecnológico, se pueden adquirir láseres ultrarrápidos con la confiabilidad, la potencia y las tasas de repetición necesarias para el uso industrial.
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El almacenamiento de datos de archivo denso, rápido y energéticamente eficiente es una aplicación interesante de estos láseres en el mundo real. A medida que la fotónica ultrarrápida siga madurando, no tengo ninguna duda de que seguirán más aplicaciones. Se avecinan tiempos emocionantes.
Alex Fuerbach, Profesor, Centro de Investigación en Fotónica, Universidad Macquarie
Este artículo se vuelve a publicar desde The Conversation bajo una licencia Creative Commons. Lea el artículo original.