Pikemalt digitaalsest pimedast ajastust: kuidas 5D-klaassalvestus võib inimkonna igaveseks säilitada

Southamptoni ülikooli keldris asub mikroskoobi all väike kvartsklaasist ketas. See ei ole suurem kui münt, kuid sellel on potentsiaal kesta kauem kui planeet, millel see loodi. Kuigi meie praegune digitaalmaailm toetub kõvaketastele, mis ebaõnnestuvad kümne aasta jooksul, ja magnetlintidele, mis lagunevad kolmekümne aastaga, on teadlased täiustanud "5D" optilise andmesalvestuse meetodi, mis võib püsida stabiilsena miljardeid aastaid.

See tehnoloogia tähistab pöördelist muutust selles, kuidas me teavet näeme. Elame praegu ajastul, mida ajaloolased nimetavad "digitaalseks pimedaks ajastuks" — perioodil, kus meie toodetud andmete tohutu mahuga sobib kokku vaid nende salvestamiseks kasutatavate kandjate habras olek. Alates varajaste internetifoorumite kadumisest kuni odavatele DVD-dele salvestatud perefotode lagunemiseni on meie ühine mälu hääbumas. Laseriga söövitatud klaas pakub püsivat lahendust.

Viie dimensiooni teadus

Mõistmaks, kuidas klaas suudab salvestada 360 terabaiti andmeid, peame vaatama kaugemale füüsilise ruumi kolmest dimensioonist. Standardsed optilised kettad, nagu CD-d või Blu-ray-d, salvestavad andmeid pinnale. Kui pind on kriimustatud, on andmed kadunud. 5D-salvestus kasutab aga femtosekundlaserit, et luua nanostruktuure kvartsklaasi mahu sisse.

Neid struktuure määratlevad viis eraldiseisvat muutujat: kolmemõõtmeline asukoht klaasis (X, Y ja Z) ning kaks täiendavat optilist dimensiooni — nanostruktuuri suurus ja orientatsioon. Kui valgus läbib klaasi, muudavad need nanostruktuurid valguse polarisatsiooni. Spetsiaalne lugeja dekodeerib need muudatused tagasi binaarseteks andmeteks.

Mõelge sellest kui traditsioonilisest raamatust, kus teave ei peitu ainult sõnades, vaid ka paberi paksuses ja nurgas, mille all tint on kuivanud. See tihedus võimaldab pakkida peadpööritava koguse teavet postmargi suurusesse ruumi.

Loodud kestma kauem kui tsivilisatsioonid

Mis eristab 5D-mälukristalle tõeliselt, on nende uskumatu vastupidavus. Enamik salvestusmeediume on tundlikud kuumuse, niiskuse ja magnetväljade suhtes. Kõvaketas on mehaaniliselt õrn seade ja SSD toetub elektrilaengutele, mis lõpuks lekivad. Kvartsklaas on seevastu üks keemiliselt ja termiliselt stabiilsemaid materjale Maal.

Testimine on näidanud, et need klaaskettad taluvad kuni 1000 °C temperatuuri ilma andmekaota. Toatemperatuuril jäävad andmed hinnanguliselt loetavaks 13,8 miljardiks aastaks — see on ligikaudu universumi praegune vanus. See teeb tehnoloogiast ülima "ajakapsli" inimteadmistele.

Salvestuspõlvkondade võrdlus

Et näha, kuhu 5D-klaas praegusel maastikul sobitub, peame seda võrdlema arhiivinduse ja tarbijakasutuse tööstusstandarditega.

Teaduslaborist Project Silicani

Kuigi Southamptoni ülikool oli "mälukristalli" kontseptsiooni teerajaja, on tehnoloogiahiiglased nagu Microsoft teatepulga üle võtnud projektiga "Project Silica". Microsofti eesmärk on pilvetehnoloogia maast madalast ümber mõelda. Praegustes andmekeskustes nõuavad "külmad" andmed — teave, mida kasutatakse harva, kuid mida tuleb säilitada — jahutamiseks tohutul hulgal elektrit ja pidevat kontrollimist, tagamaks, et kettad pole üles öelnud.

Viies arhiiviandmed klaasile, saaksid ettevõtted kaotada vajaduse energiamahuka kliimakontrolli järele. Kui andmed on klaasi kirjutatud, ei vaja need säilitamiseks energiat. See võib seista tavalise lao riiulil sajandeid, oodates laserit, mis selle uuesti ette loeb.

Praktilised takistused: miks see veel teie sülearvutis pole

Vaatamata lubadustele ei asenda te sel aastal oma mälupulka klaaskristalliga. Tehnoloogia silmitsi praegu kahe peamise takistusega: maksumus ja kirjutuskiirus. Andmete kirjutamine femtosekundlaseritega on aeglane ja vaevarikas protsess, mis nõuab kalleid ja ülitäpseid laboriseadmeid. Kuigi andmete lugemine on mikroskoobi ja polarisaatori abil suhteliselt lihtne, jääb kirjutamine kitsaskohaks.

Lisaks on 5D-klaas "Ühekordne kirjutamine, mitmekordne lugemine" (WORM) meedium. Kui nanostruktuurid on moodustunud, ei saa klaasi osa kustutada ja uuesti kirjutada. See muudab selle ideaalseks inimgenoomi, Magna Carta või teie püsivate terviseandmete jaoks, kuid kasutuks töötava operatsioonisüsteemi või ajutise allalaadimiskausta jaoks.

Mida see tähendab tuleviku jaoks

Liikudes edasi 21. sajandisse, muutub meie digitaalse pärandi säilitamine kultuurilise ellujäämise küsimuseks. Meil on praegu oht jätta oma eksistentsist maha vähem füüsilisi tõendeid kui muistsed egiptlased oma kiviraietega. 5D-klaassalvestus muudab seda võrrandit.

Organisatsioonidele ja üksikisikutele, kes vaatavad tulevikku, on siin asjad, mida jälgida:

• Institutsionaalne kasutuselevõtt: Oodake, et rahvusraamatukogud ja muuseumid on esimesed, kes võtavad klaassalvestuse kasutusele ajalooliste dokumentide "kuldkoopiate" jaoks.
• Migreerimise lõpp: Praegu peavad IT-osakonnad andmeid iga kümne aasta tagant uutele lintidele üle viima. Klaassalvestus lubab töövoogu "arhiveeri ja unusta".
• Kosmoseuuringud: Kuna klaas on vastupidav kosmose intensiivsele kiirgusele, on see ideaalne meedium inimteadmiste summa saatmiseks pikaajalistele tähtedevahelistele missioonidele.

Oleme lõpuks eemaldumas "ajutise" tehnoloogia ajastust. Esimest korda ajaloos on meil viis tagada, et tänased lood, avastused ja andmed on kättesaadavad kellele iganes — või millele iganes —, kes asustab Maad miljonite aastate pärast.

Allikad

• University of Southampton: Optoelectronics Research Centre (ORC) ametlikud aruanded.
• Microsoft Research: Project Silica arenduslogid.
• International Journal of Applied Glass Science: Nanostruktureeritud ränidioksiidi termilise stabiilsuse uuringud.