С тех пор, когда в 1950-х годах в мире появились первые компьютеры общего назначения, ученые и инженеры занимались разработкой технологий компактного хранения данных, которые прошли длинный путь от гигантских магнитных барабанов до крошечных электронных чипов. А недавно ученые из Института изучения нанотехнологий (Kavli Institute of Nanoscience) Технического университета Делфта (TU Delft), Голландия, разработали новую технологию хранения информации, показатель плотности которой практически достигает своего физического предела. Ведь в этой технологии для хранения битов данных используются отдельные атомы.
Согласно данным статистики, собранной специалистами компании IBM, человечество создает ежедневно 2.5 миллиона терабайт данных, которые должны храниться на каких-нибудь носителях. Сами эти носители занимаю пространство, нуждаются в энергии и обслуживании высококвалифицированными специалистами. В традиционных системах хранения информации, таких, как жесткие диски, информация хранится в зернышках магнитного материала или в виде отверстий, прожженных лазером в специальном слое оптических носителей. Все попытки миниатюризировать эти технологии сводились и сводятся к производству магнитных зернышек или прожженных отверстий меньших размеров.
Специалисты из TU Delft изготовили носитель информации, емкостью 8 тысяч бит, размер которого составляет 96 на 126 нанометров, что приблизительно в 800 раз меньше площади торца человеческого волоса. Основой носителя является подложка из меди, на которой в строгом порядке размещена матрица атомов хлора. Количество и расстояние между этими атомами позволяют говорить, что плотность данного носителя информации составляет 500 терабит на квадратный дюйм, это в 500 раз выше, чем плотность хранения информации на самых лучших моделях жестких дисков. При таком показатели плотности, все книги, написанные за всю историю существования человечества, могут быть записаны на носитель, площадью с почтовую марку.
Правда, для осуществления записи и считывания информации с такого атомарного носителя требуется ни много, ни мало, а целый сканирующий туннельный микроскоп (scanning tunneling microscope, STM), который использует в своей работе эффект квантового туннелирования. На заостренный до атомарной величины наконечник такого микроскопа подается электрический потенциал и этот наконечник движется над исследуемой поверхностью. Если по пути ему встречается атом, то электроны, за счет эффекта квантового туннелирования, начинают перескакивать с наконечника на атом. Но, в этот момент между атомом и наконечником возникают силы, которые позволяют наконечнику выступать в роли «подъемного крана» для атомов в случае, если атомы не прикреплены слишком прочно к поверхности подложки. И при помощи такого «подъемного крана» можно поднять атомы и поместить их в заданную точку с очень высоким уровнем точности.
Каждый из битов информации кодируется взаимным расположением двух атомов меди и одного атома хлора. Определенная комбинация расположения атомов соответствует значению логической 1, а другая — логического 0.
Однако, «переноска» атомов и их установка в заданном положении является лишь половиной проблемы. Вторая половина заключается в организации данных, что делает их удобочитаемыми, а само хранилище — более надежным. Весь массив памяти разбит на блоки по 64 бита. Каждый из блоков снабжен своим идентификатором на базе атомов хлора, который в чем-то подобен распространенному QR-коду. Этот идентификатор указывает на местоположение данного блока и может дополнительно использоваться для определения наличия ошибок в хранимой информации.
То, что записали голландские ученые в свой носитель данных, является частью лекции «There’s Plenty of Room at the Bottom», прочитанной в 1959 году ученым-физиком Ричардом Фейнманом (Richard Feynman), в которой впервые в истории прозвучала идея использования отдельных атомов для хранения информации.
В настоящее время данная технология находится только в фазе лабораторной реализации. Она может работать только в условиях чистого вакуума и при температуре жидкого азота, -196 градусов Цельсия. Однако, голландские ученые уже планируют свои следующие шаги, направленные на то, чтобы сделать эту технологию более подходящей с точки зрения ее практического применения.
Источник:
