【科技前沿】

“才拍了幾張照片，我的手機(jī)內(nèi)存又滿了?！薄拔业碾娔X硬盤(pán)空間滿了，又得去買(mǎi)外接硬盤(pán)了”……這些習(xí)以為常的困擾背后，是人們?cè)絹?lái)越高的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)需求。近日，上海理工大學(xué)顧敏院士團(tuán)隊(duì)和中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所的團(tuán)隊(duì)利用三維納米光子存儲(chǔ)技術(shù)提出了綠色、長(zhǎng)壽命、大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)解決方案，研究成果文章《Pb容量三維納米光子存儲(chǔ)》發(fā)表在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然》雜志上。

科研人員利用雙光束技術(shù)突破光學(xué)衍射極限的限制，首次證實(shí)可以在三維空間實(shí)現(xiàn)多至百層的、超分辨尺寸下的信息點(diǎn)的寫(xiě)入和讀出，單張盤(pán)容量可以高達(dá)Pb級(jí)（1Pb等于128TB），相當(dāng)于至少一萬(wàn)張藍(lán)光光盤(pán)的容量。也就是說(shuō)，在這項(xiàng)技術(shù)的推動(dòng)下，存下全球一年數(shù)據(jù)所需的Pb級(jí)光盤(pán)的數(shù)量相較于硬盤(pán)可以減少兩個(gè)數(shù)量級(jí)，達(dá)到“以一抵百”的效果。

根據(jù)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)專(zhuān)業(yè)機(jī)構(gòu)出具的白皮書(shū)顯示，到2025年，全球數(shù)據(jù)總量將由2018年的33ZB增加到175ZB（1ZB等于10億TB），如果用時(shí)下比較主流的1TB容量的移動(dòng)硬盤(pán)裝這些數(shù)據(jù)，至少需要使用1750億個(gè)。這不僅成本高昂，而且數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的壽命短。因此無(wú)論是個(gè)人日常所需，還是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，開(kāi)發(fā)能夠容納海量數(shù)據(jù)且綠色安全的存儲(chǔ)技術(shù)迫在眉睫。此外，為了維持?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)嚴(yán)苛的運(yùn)行環(huán)境（如恒溫恒濕、防磁防塵）需要產(chǎn)生巨大的能耗，以2022年為例，我國(guó)數(shù)據(jù)中心總耗電量約2700億千瓦時(shí)，超過(guò)兩座三峽水電站的年發(fā)電量。尤其令人頭疼的是，每隔3到10年還需要定期進(jìn)行數(shù)據(jù)遷移，這樣就存在數(shù)據(jù)被篡改或丟失的風(fēng)險(xiǎn)。

此次科研團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的三維納米光子存儲(chǔ)技術(shù)可以把耗能降低幾個(gè)數(shù)量級(jí)，壽命可達(dá)50年到100年。顧敏介紹，該P(yáng)b級(jí)海量三維納米光子存儲(chǔ)技術(shù)是劃時(shí)代的技術(shù)。以深度學(xué)習(xí)模型GPT為例，其背后的數(shù)據(jù)集，如總索引網(wǎng)頁(yè)數(shù)量多達(dá)58億個(gè)，整個(gè)互聯(lián)網(wǎng)的文本大小約為56Pb，如果還是用1TB容量的移動(dòng)硬盤(pán)去存儲(chǔ)這些數(shù)據(jù)，平鋪開(kāi)來(lái)相當(dāng)于一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)田徑場(chǎng)的面積。而此次科研團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的Pb級(jí)海量三維納米光子存儲(chǔ)技術(shù)可以將存儲(chǔ)空間節(jié)省至一臺(tái)電腦大小，極大地降低了經(jīng)濟(jì)成本。

這一顛覆性成果的提出源于團(tuán)隊(duì)突破了光學(xué)衍射極限的限制——像激光直寫(xiě)機(jī)、光學(xué)顯微技術(shù)等，無(wú)一不被光學(xué)衍射極限所限制。2021年《科學(xué)》發(fā)布的全世界最前沿的125個(gè)科學(xué)問(wèn)題中，光學(xué)衍射極限高居物理領(lǐng)域首位。同時(shí)，光學(xué)衍射極限也是2024年《自然》最新發(fā)布的將在未來(lái)一年關(guān)注的7個(gè)技術(shù)領(lǐng)域之一。

據(jù)悉，此次成果不僅在光存儲(chǔ)領(lǐng)域成功突破了光學(xué)衍射極限這一物理學(xué)難題，有助于我國(guó)在存儲(chǔ)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)重大突破，也將在航空航天、生物醫(yī)學(xué)、衛(wèi)星通信等領(lǐng)域大顯身手。（記者孟歆迪）

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