Aiz digitālā tumšā laikmeta: kā 5D stikla datu krātuve varētu saglabāt cilvēci mūžīgi

Sauthemptonas Universitātes pagrabā zem mikroskopa atrodas neliels kvarca stikla disks. Tas nav lielāks par monētu, tomēr tajā mīt potenciāls pārdzīvot pašu planētu, uz kuras tas tika radīts. Kamēr mūsu pašreizējā digitālā pasaule paļaujas uz cietajiem diskiem, kas sabojājas desmit gadu laikā, un magnētiskajām lentēm, kas noārdās trīsdesmit gados, zinātnieki ir pilnveidojuši "5D" optiskās datu glabāšanas metodi, kas var palikt stabila miljardiem gadu.

Šī tehnoloģija pārstāv izšķirošu pavērsienu tajā, kā mēs uztveram informāciju. Mēs pašlaik dzīvojam laikā, ko vēsturnieki dēvē par "digitālo tumšo laikmetu" — periodā, kurā mūsu radīto datu milzīgajam apjomam līdzi turas tikai to glabāšanai izmantoto nesēju trauslums. No agrīno interneta forumu zaudēšanas līdz lētos DVD diskos glabāto ģimenes fotoattēlu degradācijai — mūsu kolektīvā atmiņa izgaist. Ar lāzeru iegravēts stikls piedāvā pastāvīgu risinājumu.

Piecu dimensiju zinātne

Lai saprastu, kā stikls var uzglabāt 360 terabaitus datu, mums ir jāskatās tālāk par trim fiziskās telpas dimensijām. Standarta optiskie diski, piemēram, CD vai Blu-ray, datus glabā uz virsmas. Ja virsma tiek saskrāpēta, dati ir zaudēti. Turpretim 5D krātuve izmanto femtosekundes lāzeru, lai izveidotu nanostruktūras silīcija stikla masīvā.

Šīs struktūras definē pieci atšķirīgi mainīgie: trīsdimensiju pozīcija stiklā (X, Y un Z), plus divas papildu optiskās dimensijas — nanostruktūras izmērs un orientācija. Kad gaisma iet cauri stiklam, šīs nanostruktūras maina gaismas polarizāciju. Specializēts lasītājs atkodē šīs izmaiņas atpakaļ bināros datos.

Iedomājieties to kā tradicionālu grāmatu, kur informācija ir ne tikai vārdos, bet arī papīra biezumā un leņķī, kādā tinte ir nožuvusi. Šāds blīvums ļauj satriecošu informācijas daudzumu iespiest pasta markas izmēra laukumā.

Radīts, lai pārdzīvotu civilizācijas

Tas, kas patiesi izceļ 5D atmiņas kristālus, ir to neiedomājamā izturība. Lielākā daļa uzglabāšanas nesēju ir jutīgi pret karstumu, mitrumu un magnētiskajiem laukiem. Cietais disks ir mehāniski trausls, un SSD paļaujas uz elektriskajiem lādiņiem, kas ar laiku noplūst. Turpretim silīcija stikls ir viens no ķīmiski un termiski stabilākajiem materiāliem uz Zemes.

Testi ir parādījuši, ka šie stikla diski var izturēt temperatūru līdz pat 1000°C bez datu zuduma. Istabas temperatūrā tiek lēsts, ka dati paliks nolasāmi 13,8 miljardus gadu — aptuveni tikpat, cik pašreizējais Visuma vecums. Tas padara šo tehnoloģiju par izcilāko "laika kapsulu" cilvēces zināšanām.

Uzglabāšanas paaudžu salīdzinājums

Lai saprastu, kur 5D stikls iekļaujas pašreizējā ainavā, mums tas jāsalīdzina ar nozares standartiem arhīvu un patērētāju lietošanai.

No pētniecības laboratorijas līdz "Project Silica"

Kamēr Sauthemptonas Universitāte aizsāka "atmiņas kristāla" koncepciju, tehnoloģiju giganti, piemēram, Microsoft, ir pārņēmuši stafeti ar "Project Silica". Microsoft mērķis ir pārveidot mākoni no pašiem pamatiem. Pašreizējos datu centros "aukstajiem" datiem — informācijai, kurai piekļūst reti, bet kura jāsaglabā — ir nepieciešams milzīgs elektroenerģijas daudzums dzesēšanai un pastāvīga "pārrakstīšana", lai nodrošinātu, ka diski nav sabojājušies.

Pārvietojot arhīva datus uz stiklu, uzņēmumi varētu novērst nepieciešamību pēc energoietilpīgas klimata kontroles. Tiklīdz dati ir ierakstīti stiklā, to uzturēšanai nav nepieciešama jauda. Tie var stāvēt uz plaukta parastā noliktavā gadsimtiem ilgi, gaidot, kad lāzers tos nolasīs.

Praktiskie šķēršļi: kāpēc tas vēl nav jūsu klēpjdatorā

Neskatoties uz solījumiem, jūs šogad neaizstāsiet savu zibatmiņu ar stikla kristālu. Tehnoloģija pašlaik saskaras ar diviem galvenajiem šķēršļiem: izmaksām un rakstīšanas ātrumu. Datu rakstīšana ar femtosekundes lāzeriem ir lēns, rūpīgs process, kam nepieciešams dārgs, augstas precizitātes laboratorijas aprīkojums. Lai gan datu nolasīšana ir salīdzinoši vienkārša, izmantojot mikroskopu un polarizatoru, rakstīšana joprojām ir vājais punkts.

Turklāt 5D stikls ir "Write Once, Read Many" (WORM) nesējs. Jūs nevarat izdzēst un pārrakstīt stikla daļu, kad nanostruktūras ir izveidotas. Tas padara to ideāli piemērotu cilvēka genomam, Magna Carta vai jūsu pastāvīgajiem medicīniskajiem ierakstiem, bet nederīgu darba operētājsistēmai vai pagaidu lejupielādes mapei.

Ko tas nozīmē nākotnei

Virzoties tālāk 21. gadsimtā, mūsu digitālā mantojuma saglabāšana kļūst par kultūras izdzīvošanas jautājumu. Pašlaik mēs riskējam atstāt mazāk fizisku pierādījumu par savu eksistenci nekā senie ēģiptieši ar saviem akmens grebumiem. 5D stikla krātuve maina šo vienādojumu.

Organizācijām un privātpersonām, kas raugās nākotnē, lūk, kam pievērst uzmanību:

• Institucionālā ieviešana: Sagaidāms, ka nacionālās bibliotēkas un muzeji būs pirmie, kas ieviesīs stikla krātuves vēsturisko ierakstu "zelta kopijām".
• Migrācijas beigas: Pašlaik IT nodaļām dati ir jāpārvieto uz jaunām lentēm ik pēc desmit gadiem. Stikla krātuve sola darba plūsmu "arhivē un aizmirsti".
• Kosmosa izpēte: Tā kā stikls ir izturīgs pret intensīvo kosmosa radiāciju, tas ir ideāls nesējs cilvēces zināšanu kopuma nosūtīšanai ilgstošās starpzvaigžņu misijās.

Mēs beidzot attālināmies no "pagaidu" tehnoloģiju ēras. Pirmo reizi vēsturē mums ir veids, kā nodrošināt, ka šodienas stāsti, atklājumi un dati būs pieejami ikvienam — vai jebkam —, kas apdzīvos Zemi pēc miljoniem gadu.

Avoti

• 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.