單張盤相當於一萬張藍光光盤！我國在光存儲領域獲重要突破

近日，中國科學院上海光學精密機械研究所（以下簡稱上海光機所）阮昊研究員團隊和上海理工大學顧敏院士等科研人員，利用國際首創的雙光束調控聚集誘導發光超分辨光存儲技術，在信息寫入和讀出方面均突破了衍射極限的限制，提出了綠色、長壽命的大數據存儲解決方案，研究成果於2月22日發表在《自然》正刊上。

納米光子存儲示意圖。受訪對象供圖

科研人員利用雙光束光存儲技術突破光學衍射極限的限制，首次證實可以在三維空間實現多至百層的、超分辨尺寸下的信息點的寫入和讀出。這項新技術可以讓單張盤容量高達Pb級，相當於至少一萬張藍光光盤的容量。

有研究表明，以50年為使用週期估算，採用光存儲的平均成本相較於硬盤可以減少兩個數量級，達到“以一抵百”的效果。

僅僅20克透明輕薄的光盤。1張光盤可替代海量存儲設備。圖源：《自然》。受訪對象供圖

上海光機所空天激光技術與系統部阮昊研究員解釋，光存儲技術具有綠色節能、安全可靠、壽命長的獨特優勢，非常適合長期低成本存儲海量數據。然而受到衍射極限的限制，傳統商用光盤的最大容量僅在百GB量級。在信息量日益增長的大數據時代，突破衍射極限、縮小信息點尺寸、提高單盤存儲容量長久以來一直都是光存儲領域的追求。

1994年德國科學家Stefan W.Hell提出受激輻射損耗顯微技術，首次證明在成像領域光學衍射極限能夠被打破，並在2014年獲得諾貝爾化學獎，經過20多年的發展，在顯微成像、激光納米直寫等多個領域實現了光學超分辨成果，信息的超分辨寫入已得到解決。

然而，發展可同步實現超分辨寫、超分辨讀、三維存儲及長壽命介質，仍是10多年來光存儲研究領域亟待解決的難題。

上海理工大學光子芯片研究院院長顧敏介紹，以深度學習模型ChatGPT為例，其背後的數據集，如總索引網頁數量多達58億，整個互聯網的文本大小約為56Pb，如果用1TB容量的移動硬盤存儲這些數據，用到的硬盤平鋪開相當於一個標準田徑場那麼大。而此次科研團隊開發的三維納米光子存儲可將存儲空間節省至一台電腦大小，極大地降低了經濟成本。

“我們解決了光存儲領域信息寫入和讀出均受衍射極限限制的問題，實現了超分辨的記錄，極大地提高了光存儲的密度和容量。單盤的容量可達到1.6Pb，相當於1萬張藍光光盤，這是一個突破性的進展，為大數據存儲提供了綠色節能長壽命的方案。”研究人員表示。

Pb級光盤製備及讀寫方式示意圖。圖源：《自然》。受訪對象供圖

像激光直寫、光學顯微技術、光存儲技術等，無一不被光學衍射極限所限制。2021年《科學》雜誌發佈的全世界最前沿的125個科學問題中，光學衍射極限高居物理領域首位，同時也是2024年《自然》最新發布的將在未來一年關注的7個技術領域之一。納米光子存儲技術的提出，不僅在光存儲領域成功突破了光學衍射極限這一物理學難題，有助於我國在存儲領域實現突破，未來也有望在航空航天、生物醫學、衞星通信等領域大顯身手。

未來，研究團隊將加快原始創新和關鍵技術攻關，推動超大容量光存儲的集成化和產業化進程，並拓展其在光顯微成像、光顯示、光信息處理等領域的交叉應用，產出更多創新成果。

（科技日報記者 王春）