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〈英科學家開發永久性數據存儲系統〉-【科學實驗-討論區-www.coi.tw 】

作者 : 科學實驗
性別 : 男
文章主題 : 英科學家開發永久性數據存儲系統 人氣指數 : 946
發表時間 :2014/2/20 上午 10:08:48   


相片:英<a href=http://www.tw17.com.tw><font color='#FF0000'><u>科學</u></font></a>家開發永久性數據存儲系統
http://www.tw17.com.tw/viewboard.asp?articleid=20140220100847

據<a href=http://www.tw17.com.tw><font color='#FF0000'><u>物理</u></font></a>學家組織網站報導,存儲在CD或DVD這類介質上的數據一般而言可以保存長達數十年的時間,在那之后由於材料的<a href=http://www.tw17.com.tw><font color='#FF0000'><u>物理</u></font></a>性老化將會損害其保存的數據。一直以來研究人員都在尋找使數據存儲的時間進一步延長的辦法。但就目前而言,即便是將這一紀錄延長至100年都將是一個巨大的挑戰。而在近期發表的一項研究中,<a href=http://www.tw17.com.tw><font color='#FF0000'><u>科學</u></font></a>家們展示了一種新型數據存儲技術,其存儲數據的有效期限在室溫條件下大約為3乘以10的20次方年,也就是几乎是無限長的時間。這將開創永久性數據存儲的嶄新領域。

這項技術的研發者是英國南安普頓大學的張靖宇(音譯:Jingyu Zhang),明達加斯·吉塞維斯(Mindaugas Geceviius),馬蒂納斯·貝瑞斯納(Martynas Beresna)以及皮特·卡贊斯基(Peter G. Kazansky)。他們的有關研究論文已經在近日出版的最新一期《<a href=http://www.tw17.com.tw><font color='#FF0000'><u>物理</u></font></a>評論快報》上公開發表。

張靖宇表示:“在因特網發明50年后,在這個信息時代,正有越來越多的數據被生出來。如此,如何在考慮材料<a href=http://www.tw17.com.tw><font color='#FF0000'><u>物理</u></font></a>老化的前提下長期存儲數據就成為廣受關注的技術課題。很多個人,公司和政府部門都對永久性數據存儲技術感興趣,並希望將其應用於軍事,<a href=http://www.tw17.com.tw><font color='#FF0000'><u>科學</u></font></a>以及保密領域。目前在市場上銷售的品中可以看到這一領域已經取得了部分進展,日本日立公司也開發了一款品,可以將數據保存數百萬年之久。而我們相信此次我們給出的是針對這一問題的終極解決方案。”

研究人員解釋稱,傳統上,在數據存儲與壽命以及容量之間存在一種權衡關係,因此那些可以存儲大容量信息的存儲介質往往壽命就比較短。比如<a href=http://www.tw17.com.tw><font color='#FF0000'><u>物理</u></font></a>學家們已經展示一項技術,可以利用單獨的原子存儲海量信息,但在室溫條件下這種存儲介質的維持時間僅有大約10皮秒(1皮秒=1萬億分之一秒)。

而此次研究人員給出的解決方案則完美解決了這個矛盾——它既擁有超長壽命,同時也擁有巨大的容量。在存儲數據時,使用一個飛秒激光器發射超短波激光脈衝照射石英晶體。這樣這束激光就會在適應晶體內生納米級小點,每一個小點攜帶3比特的信息。之所以可以讓每個小點攜帶3個比特的信息,是因為激光脈衝採用了多層編碼方式,即每一個小點都包含了三個不同的微層面結構,其中紀錄了入射激光脈衝的強度和偏振性。運用這項技術,一張CD或DVD大小的光碟,假設其擁有1000個記錄層,那麼它的數據存儲容量將達到數百個TB,這是一個非常可觀的數字。

接下來考察這種存儲系統的壽命問題。這一存儲系統的退化核心機制是其納米柵格之間的納米空洞的坍塌崩潰,一旦這些納米空洞崩塌,存儲在柵格結構中的數據也就將隨之變得不穩定並出現丟失。

研究人員計算了這一柵格系統退化的時間,這樣計算出來的結果便是這一數據存儲系統的壽命。計算的結果,在室溫下其壽命大約為3乘以10的20次方年。這顯示了其無與倫比的優越性能。隨環境溫度的上升,該系統的使用壽命會相應減少,但即便是在189攝氏度的超高溫度環境下,其壽命仍然高達大約138億年,這已經和我們所在宇宙的年齡相當。

此前研究人員開發的光學存儲系統原理與這項技術有相似之處,但其不足之處就在於其數據的寫入過程太過緩慢,從而使其在現實世界中沒有實用價值。而此次新開發的方法將數據寫入速度較以往提升了兩個數量級。

未來,研究人員希望能進一步改進該系統的性能,如通過增加入射激光脈衝的偏振態或能級態數量來達到提升其存儲容量的目的。他們還打算進一步提升系統的數據寫入速度,從目前的每秒大約6KB大幅提升至每秒120MB。

科學家開發永久性數據存儲系統

物理學家組織網站報導,存儲在CD或DVD這類介質上的數據一般而言可以保存長達數十年的時間,在那之后由於材料的物理性老化將會損害其保存的數據。一直以來研究人員都在尋找使數據存儲的時間進一步延長的辦法。但就目前而言,即便是將這一紀錄延長至100年都將是一個巨大的挑戰。而在近期發表的一項研究中,科學家們展示了一種新型數據存儲技術,其存儲數據的有效期限在室溫條件下大約為3乘以10的20次方年,也就是几乎是無限長的時間。這將開創永久性數據存儲的嶄新領域。

這項技術的研發者是英國南安普頓大學的張靖宇(音譯:Jingyu Zhang),明達加斯·吉塞維斯(Mindaugas Geceviius),馬蒂納斯·貝瑞斯納(Martynas Beresna)以及皮特·卡贊斯基(Peter G. Kazansky)。他們的有關研究論文已經在近日出版的最新一期《物理評論快報》上公開發表。

張靖宇表示:“在因特網發明50年后,在這個信息時代,正有越來越多的數據被生出來。如此,如何在考慮材料物理老化的前提下長期存儲數據就成為廣受關注的技術課題。很多個人,公司和政府部門都對永久性數據存儲技術感興趣,並希望將其應用於軍事,科學以及保密領域。目前在市場上銷售的品中可以看到這一領域已經取得了部分進展,日本日立公司也開發了一款品,可以將數據保存數百萬年之久。而我們相信此次我們給出的是針對這一問題的終極解決方案。”

研究人員解釋稱,傳統上,在數據存儲與壽命以及容量之間存在一種權衡關係,因此那些可以存儲大容量信息的存儲介質往往壽命就比較短。比如物理學家們已經展示一項技術,可以利用單獨的原子存儲海量信息,但在室溫條件下這種存儲介質的維持時間僅有大約10皮秒(1皮秒=1萬億分之一秒)。

而此次研究人員給出的解決方案則完美解決了這個矛盾——它既擁有超長壽命,同時也擁有巨大的容量。在存儲數據時,使用一個飛秒激光器發射超短波激光脈衝照射石英晶體。這樣這束激光就會在適應晶體內生納米級小點,每一個小點攜帶3比特的信息。之所以可以讓每個小點攜帶3個比特的信息,是因為激光脈衝採用了多層編碼方式,即每一個小點都包含了三個不同的微層面結構,其中紀錄了入射激光脈衝的強度和偏振性。運用這項技術,一張CD或DVD大小的光碟,假設其擁有1000個記錄層,那麼它的數據存儲容量將達到數百個TB,這是一個非常可觀的數字。

接下來考察這種存儲系統的壽命問題。這一存儲系統的退化核心機制是其納米柵格之間的納米空洞的坍塌崩潰,一旦這些納米空洞崩塌,存儲在柵格結構中的數據也就將隨之變得不穩定並出現丟失。

研究人員計算了這一柵格系統退化的時間,這樣計算出來的結果便是這一數據存儲系統的壽命。計算的結果,在室溫下其壽命大約為3乘以10的20次方年。這顯示了其無與倫比的優越性能。隨環境溫度的上升,該系統的使用壽命會相應減少,但即便是在189攝氏度的超高溫度環境下,其壽命仍然高達大約138億年,這已經和我們所在宇宙的年齡相當。

此前研究人員開發的光學存儲系統原理與這項技術有相似之處,但其不足之處就在於其數據的寫入過程太過緩慢,從而使其在現實世界中沒有實用價值。而此次新開發的方法將數據寫入速度較以往提升了兩個數量級。

未來,研究人員希望能進一步改進該系統的性能,如通過增加入射激光脈衝的偏振態或能級態數量來達到提升其存儲容量的目的。他們還打算進一步提升系統的數據寫入速度,從目前的每秒大約6KB大幅提升至每秒120MB。



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