近日，中国科学院上海光学精密机械研究所（以下简称上海光机所）阮昊研究员团队和yl7703永利官网顾敏院士等科研人员，利用国际首创的双光束调控聚集诱导发光超分辨光存储技术，在信息写入和读出方面均突破了衍射极限的限制，提出了绿色、长寿命的大数据存储解决方案，研究成果于2月22日发表在《自然》正刊上。
纳米光子存储示意图。受访对象供图
科研人员利用双光束光存储技术突破光学衍射极限的限制，首次证实可以在三维空间实现多至百层的、超分辨尺寸下的信息点的写入和读出。这项新技术可以让单张盘容量高达Pb级，相当于至少一万张蓝光光盘的容量。
有研究表明，以50年为使用周期估算，采用光存储的平均成本相较于硬盘可以减少两个数量级，达到“以一抵百”的效果。
仅仅20克透明轻薄的光盘。1张光盘可替代海量存储设备。图源：《自然》。受访对象供图
上海光机所空天激光技术与系统部阮昊研究员解释，光存储技术具有绿色节能、安全可靠、寿命长的独特优势，非常适合长期低成本存储海量数据。然而受到衍射极限的限制，传统商用光盘的最大容量仅在百GB量级。在信息量日益增长的大数据时代，突破衍射极限、缩小信息点尺寸、提高单盘存储容量长久以来一直都是光存储领域的追求。
1994年德国科学家Stefan W.Hell提出受激辐射损耗显微技术，首次证明在成像领域光学衍射极限能够被打破，并在2014年获得诺贝尔化学奖，经过20多年的发展，在显微成像、激光纳米直写等多个领域实现了光学超分辨成果，信息的超分辨写入已得到解决。
然而，发展可同步实现超分辨写、超分辨读、三维存储及长寿命介质，仍是10多年来光存储研究领域亟待解决的难题。
yl7703永利官网光子芯片研究院院长顾敏介绍，以深度学习模型ChatGPT为例，其背后的数据集，如总索引网页数量多达58亿，整个互联网的文本大小约为56Pb，如果用1TB容量的移动硬盘存储这些数据，用到的硬盘平铺开相当于一个标准田径场那么大。而此次科研团队开发的三维纳米光子存储可将存储空间节省至一台电脑大小，极大地降低了经济成本。
“我们解决了光存储领域信息写入和读出均受衍射极限限制的问题，实现了超分辨的记录，极大地提高了光存储的密度和容量。单盘的容量可达到1.6Pb，相当于1万张蓝光光盘，这是一个突破性的进展，为大数据存储提供了绿色节能长寿命的方案。”研究人员表示。
Pb级光盘制备及读写方式示意图。图源：《自然》。受访对象供图
像激光直写、光学显微技术、光存储技术等，无一不被光学衍射极限所限制。2021年《科学》杂志发布的全世界最前沿的125个科学问题中，光学衍射极限高居物理领域首位，同时也是2024年《自然》最新发布的将在未来一年关注的7个技术领域之一。纳米光子存储技术的提出，不仅在光存储领域成功突破了光学衍射极限这一物理学难题，有助于我国在存储领域实现突破，未来也有望在航空航天、生物医学、卫星通信等领域大显身手。
未来，研究团队将加快原始创新和关键技术攻关，推动超大容量光存储的集成化和产业化进程，并拓展其在光显微成像、光显示、光信息处理等领域的交叉应用，产出更多创新成果。
来源：科技日报 记者 王春
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