【科技前沿】

　　Pb級三維納米光子存儲技術(shù)問世

　　單張盤容量相當于至少一萬張藍光光盤

　　光明日報上海2月22日電（記者孟歆迪）“才拍了幾張照片，我的手機內(nèi)存又滿了。”“我的電腦硬盤空間滿了，又得去買外接硬盤了”……這些習以為常的困擾背后，是人們越來越高的數(shù)據(jù)存儲需求。近日，上海理工大學顧敏院士團隊和中國科學院上海光學精密機械研究所的團隊利用三維納米光子存儲技術(shù)提出了綠色、長壽命、大數(shù)據(jù)存儲解決方案，研究成果文章《Pb容量三維納米光子存儲》發(fā)表在國際學術(shù)期刊《自然》雜志上。

　　科研人員利用雙光束技術(shù)突破光學衍射極限的限制，首次證實可以在三維空間實現(xiàn)多至百層的、超分辨尺寸下的信息點的寫入和讀出，單張盤容量可以高達Pb級（1Pb等于128TB），相當于至少一萬張藍光光盤的容量。也就是說，在這項技術(shù)的推動下，存下全球一年數(shù)據(jù)所需的Pb級光盤的數(shù)量相較于硬盤可以減少兩個數(shù)量級，達到“以一抵百”的效果。

　　根據(jù)數(shù)據(jù)存儲專業(yè)機構(gòu)出具的白皮書顯示，到2025年，全球數(shù)據(jù)總量將由2018年的33ZB增加到175ZB（1ZB等于10億TB），如果用時下比較主流的1TB容量的移動硬盤裝這些數(shù)據(jù)，至少需要使用1750億個。這不僅成本高昂，而且數(shù)據(jù)存儲的壽命短。因此無論是個人日常所需，還是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，開發(fā)能夠容納海量數(shù)據(jù)且綠色安全的存儲技術(shù)迫在眉睫。此外，為了維持數(shù)據(jù)庫嚴苛的運行環(huán)境（如恒溫恒濕、防磁防塵）需要產(chǎn)生巨大的能耗，以2022年為例，我國數(shù)據(jù)中心總耗電量約2700億千瓦時，超過兩座三峽水電站的年發(fā)電量。尤其令人頭疼的是，每隔3到10年還需要定期進行數(shù)據(jù)遷移，這樣就存在數(shù)據(jù)被篡改或丟失的風險。

　　此次科研團隊開發(fā)的三維納米光子存儲技術(shù)可以把耗能降低幾個數(shù)量級，壽命可達50年到100年。顧敏介紹，該Pb級海量三維納米光子存儲技術(shù)是劃時代的技術(shù)。以深度學習模型GPT為例，其背后的數(shù)據(jù)集，如總索引網(wǎng)頁數(shù)量多達58億個，整個互聯(lián)網(wǎng)的文本大小約為56Pb，如果還是用1TB容量的移動硬盤去存儲這些數(shù)據(jù)，平鋪開來相當于一個標準田徑場的面積。而此次科研團隊開發(fā)的Pb級海量三維納米光子存儲技術(shù)可以將存儲空間節(jié)省至一臺電腦大小，極大地降低了經(jīng)濟成本。

　　這一顛覆性成果的提出源于團隊突破了光學衍射極限的限制——像激光直寫機、光學顯微技術(shù)等，無一不被光學衍射極限所限制。2021年《科學》發(fā)布的全世界最前沿的125個科學問題中，光學衍射極限高居物理領(lǐng)域首位。同時，光學衍射極限也是2024年《自然》最新發(fā)布的將在未來一年關(guān)注的7個技術(shù)領(lǐng)域之一。

　　據(jù)悉，此次成果不僅在光存儲領(lǐng)域成功突破了光學衍射極限這一物理學難題，有助于我國在存儲領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)重大突破，也將在航空航天、生物醫(yī)學、衛(wèi)星通信等領(lǐng)域大顯身手。

　　《光明日報》（2024年02月23日 08版）