Poza cyfrową ciemną erą: Jak szklany zapis 5D może na zawsze ocalić ludzkość

W piwnicach University of Southampton, pod mikroskopem spoczywa niewielki krążek ze szkła kwarcowego. Nie jest większy od monety, a jednak posiada potencjał, by przetrwać samą planetę, na której powstał. Podczas gdy nasz obecny cyfrowy świat opiera się na dyskach twardych, które ulegają awariom w ciągu dekady, oraz taśmach magnetycznych degradujących się po trzydziestu latach, naukowcy dopracowali metodę optycznego zapisu danych „5D”, która może pozostać stabilna przez miliardy lat.

Technologia ta reprezentuje kluczową zmianę w sposobie, w jaki postrzegamy informacje. Żyjemy obecnie w okresie, który historycy nazywają „cyfrową ciemną erą” — czasie, w którym ogromna ilość produkowanych przez nas danych idzie w parze jedynie z kruchością nośników używanych do ich przechowywania. Od utraty wczesnych forów internetowych po degradację rodzinnych zdjęć zapisanych na tanich płytach DVD — nasza zbiorowa pamięć zaciera się. Laserowo grawerowane szkło oferuje trwałe rozwiązanie.

Nauka o pięciu wymiarach

Aby zrozumieć, w jaki sposób szkło może pomieścić 360 terabajtów danych, musimy wyjść poza trzy wymiary przestrzeni fizycznej. Standardowe dyski optyczne, takie jak CD czy Blu-ray, przechowują dane na powierzchni. Jeśli powierzchnia zostanie zarysowana, dane zostają utracone. Zapis 5D wykorzystuje jednak laser femtosekundowy do tworzenia nanostruktur wewnątrz samej bryły szkła kwarcowego.

Struktury te są definiowane przez pięć odrębnych zmiennych: trójwymiarową pozycję wewnątrz szkła (X, Y i Z) oraz dwa dodatkowe wymiary optyczne — rozmiar i orientację nanostruktury. Gdy światło przechodzi przez szkło, struktury te zmieniają polaryzację światła. Specjalistyczny czytnik dekoduje te zmiany z powrotem na dane binarne.

Można to porównać do tradycyjnej książki, w której informacja zawarta jest nie tylko w słowach, ale także w grubości papieru i kącie, pod którym wysychał atrament. Taka gęstość pozwala na upakowanie oszałamiającej ilości informacji w przestrzeni wielkości znaczka pocztowego.

Zbudowane, by przetrwać cywilizacje

To, co naprawdę wyróżnia kryształy pamięci 5D, to ich niesamowita odporność. Większość nośników danych jest podatna na ciepło, wilgoć i pola magnetyczne. Dysk twardy to delikatne urządzenie mechaniczne, a dysk SSD opiera się na ładunkach elektrycznych, które z czasem zanikają. Szkło kwarcowe jest natomiast jednym z najbardziej stabilnych chemicznie i termicznie materiałów na Ziemi.

Testy wykazały, że te szklane dyski mogą wytrzymać temperaturę do 1000°C bez utraty danych. Szacuje się, że w temperaturze pokojowej dane pozostaną czytelne przez 13,8 miliarda lat — czyli mniej więcej tyle, ile wynosi obecny wiek wszechświata. Czyni to tę technologię ostateczną „kapsułą czasu” dla ludzkiej wiedzy.

Porównanie generacji nośników

Aby zobaczyć, gdzie szklany zapis 5D plasuje się w obecnym krajobrazie, musimy porównać go ze standardami branżowymi do użytku archiwalnego i konsumenckiego.

Od laboratorium badawczego do Project Silica

Podczas gdy University of Southampton był pionierem koncepcji „kryształu pamięci”, giganci technologiczni, tacy jak Microsoft, przejęli pałeczkę w ramach „Project Silica”. Celem Microsoftu jest przemyślenie chmury od podstaw. W obecnych centrach danych „zimne” dane — informacje, do których rzadko się sięga, ale które muszą być przechowywane — wymagają ogromnych ilości energii elektrycznej do chłodzenia i ciągłej weryfikacji spójności („scrubbing”), aby upewnić się, że napędy nie uległy awarii.

Przenosząc dane archiwalne na szkło, firmy mogłyby wyeliminować potrzebę energochłonnej kontroli klimatu. Po zapisaniu danych w szkle, ich utrzymanie nie wymaga żadnej energii. Mogą one leżeć na półce w standardowym magazynie przez stulecia, czekając na odczyt laserem.

Praktyczne przeszkody: Dlaczego to jeszcze nie trafiło do Twojego laptopa

Pomimo obietnic, w tym roku nie zastąpisz swojego pendrive'a szklanym kryształem. Technologia ta boryka się obecnie z dwiema głównymi przeszkodami: kosztem i prędkością zapisu. Zapisywanie danych za pomocą laserów femtosekundowych to powolny, żmudny proces, który wymaga drogiego, precyzyjnego sprzętu laboratoryjnego. O ile odczyt danych jest stosunkowo prosty przy użyciu mikroskopu i polaryzatora, o tyle zapis pozostaje wąskim gardłem.

Co więcej, szkło 5D jest nośnikiem typu „Zapisz raz, odczytuj wielokrotnie” (WORM). Po uformowaniu nanostruktur nie można wymazać i zapisać ponownie danej sekcji szkła. Sprawia to, że jest to rozwiązanie idealne dla ludzkiego genomu, Wielkiej Karty Swobód czy stałej dokumentacji medycznej, ale bezużyteczne dla działającego systemu operacyjnego czy folderu z tymczasowymi plikami.

Co to oznacza dla przyszłości

W miarę jak wkraczamy głębiej w XXI wiek, zachowanie naszego cyfrowego dziedzictwa staje się kwestią przetrwania kulturowego. Obecnie ryzykujemy, że pozostawimy po sobie mniej fizycznych dowodów naszego istnienia niż starożytni Egipcjanie w swoich kamiennych rzeźbach. Szklany zapis 5D zmienia to równanie.

Organizacje i osoby patrzące w przyszłość powinny zwrócić uwagę na następujące aspekty:

• Adopcja instytucjonalna: Należy oczekiwać, że biblioteki narodowe i muzea jako pierwsze wdrożą szklane nośniki do przechowywania „złotych kopii” zapisów historycznych.
• Koniec migracji: Obecnie działy IT muszą migrować dane na nowe taśmy co dekadę. Szklany zapis obiecuje model pracy „zarchiwizuj i zapomnij”.
• Eksploracja kosmosu: Ponieważ szkło jest odporne na intensywne promieniowanie kosmiczne, stanowi idealne medium do wysyłania sumy ludzkiej wiedzy w długotrwałe misje międzygwiezdne.

W końcu odchodzimy od ery „tymczasowej” technologii. Po raz pierwszy w historii mamy sposób, aby upewnić się, że dzisiejsze historie, odkrycia i dane będą dostępne dla każdego — lub czegokolwiek — kto będzie zamieszkiwał Ziemię za miliony lat.

Źródła

• 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.