Už skaitmeninio tamsiojo amžiaus ribų: kaip 5D stiklo saugykla galėtų išsaugoti žmoniją amžinai

Sautamptono universiteto rūsyje po mikroskopu guli nedidelis kvarcinio stiklo diskas. Jis ne didesnis už monetą, tačiau pasižymi potencialu išlikti ilgiau nei pati planeta, kurioje buvo sukurtas. Nors mūsų dabartinis skaitmeninis pasaulis remiasi standžiaisiais diskais, kurie sugenda per dešimtmetį, ir magnetinėmis juostomis, kurios sunyksta per trisdešimt metų, mokslininkai ištobulino „5D“ optinio duomenų saugojimo metodą, kuris gali išlikti stabilus milijardus metų.

Ši technologija reiškia esminį pokytį tame, kaip mes vertiname informaciją. Šiuo metu gyvename laikotarpiu, kurį istorikai vadina „skaitmeniniu tamsiuoju amžiumi“ – tai era, kurioje mūsų sukuriamų duomenų kiekį atitinka tik laikmenų, naudojamų jiems saugoti, trapumas. Nuo ankstyvųjų interneto forumų praradimo iki šeimos nuotraukų, saugomų pigiuose DVD diskuose, degradacijos – mūsų kolektyvinė atmintis blėsta. Lazeriu išraižytas stiklas siūlo nuolatinį sprendimą.

Penkių dimensijų mokslas

Norėdami suprasti, kaip stiklas gali saugoti 360 terabaitų duomenų, turime pažvelgti už trijų fizinės erdvės dimensijų. Standartiniai optiniai diskai, tokie kaip CD ar „Blu-ray“, duomenis saugo paviršiuje. Jei paviršius subraižomas, duomenys prarandami. Tačiau 5D saugykla naudoja femtosekundinį lazerį, kad sukurtų nanostruktūras pačiame silicio stiklo tūryje.

Šios struktūros apibrėžiamos penkiais skirtingais kintamaisiais: trimate padėtimi stikle (X, Y ir Z) bei dviem papildomomis optinėmis dimensijomis – nanostruktūros dydžiu ir orientacija. Kai šviesa pereina per stiklą, šios nanostruktūros pakeičia šviesos poliarizaciją. Specializuotas skaitytuvas šiuos pokyčius iškoduoja atgal į binarinius duomenis.

Įsivaizduokite tai kaip tradicinę knygą, kurioje informacija slypi ne tik žodžiuose, bet ir popieriaus storyje bei kampu, kuriuo išdžiūvo rašalas. Toks tankis leidžia sutalpinti stulbinantį kiekį informacijos į pašto ženklo dydžio erdvę.

Sukurta pergyventi civilizacijas

Tai, kas iš tikrųjų išskiria 5D atminties kristalus, yra jų neįtikėtinas atsparumas. Dauguma saugojimo laikmenų yra jautrios karščiui, drėgmei ir magnetiniams laukams. Standusis diskas yra mechaniškai trapus, o SSD remiasi elektros krūviais, kurie laikui bėgant išsenka. Priešingai, silicio stiklas yra viena chemiškai ir termiškai stabiliausių medžiagų Žemėje.

Bandymai parodė, kad šie stiklo diskai gali atlaikyti iki 1 000 °C temperatūrą neprarandant duomenų. Kambario temperatūroje skaičiuojama, kad duomenys išliks nuskaitomi 13,8 milijardo metų – tai maždaug atitinka dabartinį visatos amžių. Tai paverčia šią technologiją geriausia „laiko kapsule“ žmonijos žinioms.

Saugojimo kartų palyginimas

Norėdami pamatyti, kur 5D stiklas įsipaišo į dabartinį kraštovaizdį, turime jį palyginti su pramonės standartais, skirtais archyvavimui ir vartotojų reikmėms.

Nuo tyrimų laboratorijos iki „Project Silica“

Nors Sautamptono universitetas buvo „atminties kristalo“ koncepcijos pradininkas, technologijų milžinai, tokie kaip „Microsoft“, perėmė estafetę su projektu „Project Silica“. „Microsoft“ tikslas – iš pagrindų pergalvoti debesijos paslaugas. Dabartiniuose duomenų centruose „šaltieji“ duomenys – informacija, kuri pasiekiama retai, bet privalo būti saugoma – reikalauja milžiniškų elektros energijos kiekių vėsinimui ir nuolatiniam „perrašymui“, siekiant užtikrinti, kad diskai nesugedo.

Perkėlus archyvinius duomenis į stiklą, įmonės galėtų panaikinti energijai imlios klimato kontrolės poreikį. Kai duomenys įrašomi į stiklą, jiems išlaikyti nereikia jokios energijos. Jie gali gulėti standartinio sandėlio lentynoje šimtmečius, laukdami, kol lazeris juos vėl nuskaitys.

Praktinės kliūtys: kodėl tai dar nėra jūsų nešiojamajame kompiuteryje

Nepaisant daug žadančių perspektyvų, šiais metais savo USB atmintinės stiklo kristalu nepakeisite. Šiuo metu technologija susiduria su dviem pagrindinėmis kliūtimis: kaina ir įrašymo greičiu. Duomenų rašymas femtosekundiniais lazeriais yra lėtas, kruopštus procesas, reikalaujantis brangios, didelio tikslumo laboratorinės įrangos. Nors duomenų nuskaitymas naudojant mikroskopą ir poliarizatorių yra palyginti paprastas, rašymas išlieka pagrindiniu stabdžiu.

Be to, 5D stiklas yra „įrašyk vieną kartą, skaityk daug kartų“ (WORM) laikmena. Suformavus nanostruktūras, stiklo sekcijos negalima ištrinti ir perrašyti. Dėl to ši technologija puikiai tinka žmogaus genomui, „Magna Carta“ ar jūsų nuolatiniams medicininiams įrašams, tačiau yra nenaudinga darbinėms operacinėms sistemoms ar laikinų atsisiuntimų aplankams.

Ką tai reiškia ateičiai

Žengiant toliau į XXI amžių, mūsų skaitmeninio paveldo išsaugojimas tampa kultūrinio išlikimo klausimu. Šiuo metu rizikuojame palikti mažiau fizinių savo egzistavimo įrodymų nei senovės egiptiečiai su savo akmens raižiniais. 5D stiklo saugykla keičia šią lygtį.

Organizacijoms ir asmenims, žvelgiantiems į ateitį, štai į ką vertėtų atkreipti dėmesį:

• Institucinis pritaikymas: Tikėtina, kad nacionalinės bibliotekos ir muziejai bus pirmieji, kurie pritaikys stiklo saugyklas „auksinėms“ istorinių įrašų kopijoms.
• Migracijos pabaiga: Šiuo metu IT skyriai kas dešimtmetį privalo migruoti duomenis į naujas juostas. Stiklo saugykla žada darbo eigą „archyvuok ir pamiršk“.
• Kosmoso tyrinėjimai: Kadangi stiklas yra atsparus intensyviai kosmoso radiacijai, tai ideali laikmena siųsti visą žmonijos žinių bagažą į ilgalaikes tarpžvaigždines misijas.

Mes pagaliau tolstame nuo „laikinų“ technologijų eros. Pirmą kartą istorijoje turime būdą užtikrinti, kad šiandienos istorijos, atradimai ir duomenys bus prieinami tiems, kas – ar kas tai bebūtų – gyvens Žemėje po milijonų metų.

Šaltiniai

• University of Southampton: Optoelectronics Research Centre (ORC) official reports.
• Microsoft Research: Project Silica development logs.
• International Journal of Applied Glass Science: Studies on thermal stability of nanostructured silica.