أنظمة التخزين الكمومية مستعدة لتخزين مئات التيرابايتات من البيانات على بلورة صغيرة فقط

 يمكن الآن لأنظمة التخزين الكمومية تخزين مئات التيرابايتات من البيانات على بلورة صغيرة، مع خطط لتحويلها إلى أقراص أكبر بكثير

اكتشف العلماء طريقة لتخزين مئات التيرابايتات من البيانات على بلورة صغيرة، مع خطط لتوسيع نطاق هذه التقنية إلى جهاز بحجم قرص متوافق مع تقنيات الحوسبة الحديثة , إبتكر العلماء طريقة لتخزين وقراءة البيانات من ذرات فردية مدمجة في بلورات صغيرة لا يتجاوز حجمها بضعة مليمترات (حيث يبلغ حجم المليمتر الواحد 0.04 بوصة) و إذا تم توسيع نطاق هذه التقنية فقد تؤدي يومآ ما إلى أنظمة تخزين فائقة الكثافة قادرة على تخزين بيتابايتات من البيانات على قرص واحد، حيث يعادل بيتابايت واحد حوالي 5000 فيلم بدقة 4K

و إن ترميز البيانات على شكل ثنائي يعود تاريخه إلى عصر الحوسبة بأكمله الفرق الوحيد هو الوسيط المستخدم لتخزين هذه البيانات - بدءآ من الأنابيب المفرغة ، و الترانزستورات الإلكترونية الصغيرة ، وحتى الأقراص المضغوطة (CDs)، حيث تمثل الحفر في سطحها 1، بينما تمثل النعومة 0 .

ويجري البحث الآن عن تخزين بيانات أكثر كثافة، مما يقود العلماء إلى عالم ما دون الذرات في دراسة جديدة نشرت في 14 فبراير في مجلة Nanophotonics، حيث إستخدم الباحثون إلكترونآ محاصرآ بسبب خلل في البلورة لتمثيل 1، بينما يمثل غياب الإلكترون المحاصر 0 . 

كما قال العلماء إن العمل مستوحى من تقنيات الكم وعلى وجه الخصوص، قاموا بدمج فيزياء الحالة الصلبة المطبقة على قياس جرعات الإشعاع مع مجموعة بحثية تعمل بقوة في مجال التخزين الكمي - ولكن هذا العمل تحديدآ يبني ذاكرة حوسبة كلاسيكية .

حيث تعمل هذه التقنية عن طريق تسليط ليزر بكمية محددة من الطاقة لإثارة إلكترون عند هذه النقطة ، و قد يسجل جهاز قراءة الضوء عدم وجود ضوء يعني عدم وجود إلكترون محاصر .

كما لا يعمل هذا إلا عندما تحتوي البلورات على عيوب، مثل وجود شوائب غريبة أو وجود أكسجين شاغر و صرح باحث الفيزياء "ليوناردو فرانسا" ، في جامعة شيكاغو والمؤلف الأول للدراسة :: " تتميز هذه العيوب بخصائص رائعة للغاية ، منها القدرة على تخزين الشحنة " . 

و بناءآ على ذلك ، استخدم الفريق أيونات العناصر الأرضية النادرة كمواد شائبه - شوائب تضاف إلى المادة لتغيير خصائصها - ويكمن السر في إبتكار طريقة لإثارة إلكترون من أيون أرضي نادر محدد ، بحيث يتم حصاره , فإذا تخيلنا آلية عمل القرص المدمج ، فسيكون هذا معادلآ لإنشاء حفرة على القرص .

و قال فرانسا :: "علينا توفير طاقة كافية لتحرير إلكترون من أيون أرضي نادر و سيستشعر الخلل - وهو خلل قريب بعيد " , "و هكذا نلتقط الإلكترون بواسطة مجال كهربائي ذاتي هذه هي مرحلة الكتابة "

ثم نصل إلى قراءة البيانات . حيث قال فرانسا :: "بشكل أساسي يجب استخدام مصدر ضوء آخر لتحرير الإلكترون من الخلل " , "وهذا يؤدي إلى إعادة تجميع الشحنات ، ومن ثم إلى إنبعاث الضوء" 

بناء نظام تخزين بيانات مستقبلي ::--- 

إذا سارت هذه العملية على هذا النحو تمامآ لكانت البيانات تمحى في كل مرة تقرأ فيها، لكن استخدام كميات أقل من الضوء لن يؤدي إلا إلى "محو جزئي للمعلومات" وفقآ لحديث فرانسا , لذا ستتلاشى البيانات بمرور الوقت، بطريقة مشابهة لتلاشي البيانات المحفوظة على أشرطة التسجيل على مدى 10 إلى 30 عامآ .

في حين إستخدم الفريق عنصر البراسيوديميوم الأرضي النادر وبلورة أكسيد الإيتريوم يمكن أن يمتد العمل أيضآ ليشمل بلورات عناصر أرضية أخرى غير نادرة بإستخدام مواد غير شائبه أو بها خلل  لكن للعناصر الأرضية النادرة ميزة توفير أطوال موجية معروفة ومحددة تمكننا من إثارة الإلكترونات باستخدام أشعة الليزر القياسية .

كان الهدف الأولي للباحثين هو دراسة الذرات الفردية لم يحققوا هذا الهدف بعد لكن فرانكا يعتقد أن التقنية التي إبتكرها فريق البحث تضعهم على المسار الصحيح 

وقال أيضآ فرانسا إن الرغبة في إجراء المزيد من الأبحاث ترجع إلى مدى قابلية هذه التكنولوجيا للتوسع، مما قد يؤدي إلى ظهور تنسيقات تخزين منخفضة التكلفة وعالية الكثافة في المستقبل لتطبيقات مختلفة , و الخبر السار هو أن الجانب البصري والليزري من المعادلة مفهوم جيدآ بالفعل ورخيص وبالمثل ، فإن تكلفة إنتاج البلورة على نطاق واسع ستكون زهيدة هذا يترك تكلفة الحصول على العناصر الأرضية النادرة وإبتكار طريقة لإدخال العيوب باستخدام أساليب التصنيع بالجملة. وأضاف أنه إذا أمكن التغلب على هذه العقبات، فيمكن تصنيع البلورة على شكل قرص ، ويمكن قراءتها بواسطة أجهزة قراءة غير مكلفة أما السؤال الأخير فيتعلق بمدى كثافة تخزين البيانات على قرص إفتراضي .

حيث صرح الباحث فرانسا :: "في بلورتنا، حيث لدينا حوالي 40 مم³ [0.002 بوصة مكعبة]، يمكننا تخزين بضع مئات من التيرابايت" بعد إجراء بعض الحسابات تم تحديد الرقم بحوالي 260 تيرابايت , و يستند هذا الرقم إلى البلورة التي درسها العلماء لكن فرانسا يرى مستقبلآ يمكن فيه بسهولة زيادة كثافة العيوب. وهذا يؤدي بطبيعة الحال إلى إمكانية تخزين بيانات تصل إلى بايتات على جهاز واحد بحجم قرص .