黃金觸摸：下一代光碟解決數據存儲的挑戰

【博科園-科學科普（關注「博科園」看更多）】來自澳大利亞和中國的科學家利用黃金的持久力量展示了一種新型的高容量光碟，它可以在600多年的時間裡安全地保存數據。這項技術可以為全球數據存儲問題提供一種更高效、更可持續的解決方案，同時使關鍵的數據中心從大數據轉向長數據，開闢科學發現的新領域。最近大數據和雲存儲的爆炸式增長導致了電力緊缺的數據中心出現了類似的爆炸。這些中心不僅消耗了巨大的能源——消耗了世界上3%的電力供應——而且很大程度上依賴於硬碟驅動器，其容量有限(每個磁碟高達2TB)和壽命(長達兩年)。

圖片版權：CC0 Public Domain

現在來自澳大利亞墨爾本的RMIT大學和中國武漢理工大學的科學家們使用了黃金納米材料來演示新一代的光學磁碟，其容量高達10TB，存儲能力達到了400%，壽命長達6個世紀。這項技術可以從根本上提高數據中心的能源效率——使用比硬碟中心少1000倍的電力——需要更少的冷卻，並且每兩年就能完成數據遷移的能源密集型任務。光碟本身也比硬碟安全得多。首席研究員、RMIT大學的傑出教授Min Gu說：這項研究為光學數據中心的發展鋪平了道路，以解決世界數據存儲的挑戰，並支持即將到來的數據革命。

在大數據時代產生的所有數據——每天超過2.5萬億位元組——必須存儲在某個地方，但我們目前的存儲技術是在不同的時間開發的。雖然光學技術可以擴大容量，但迄今為止開發的最先進的光碟只有50年的壽命。技術可以創造出一種光學磁碟，其最大容量的光學技術已經發展到目前為止，測試顯示它將持續超過半個世紀。雖然還需要進一步的工作來優化技術，也渴望與工業合作夥伴合作，推動研究向前發展——我們知道這種技術適合大規模生產光碟，因此潛力是驚人的。

世界正在從大數據向長數據轉變，這使得通過挖掘大量數據集來發現新的見解，這些數據集記錄了現實世界幾十年和幾個世紀的變化。該研究的主要作者、來自RMIT科學學院的張啟明博士說：這項新技術可以幫助推動長期數據的增長，從而拓寬研究的視野。長期的數據為幾乎所有領域的新發現提供了一個前所未有的機會——從天體物理學到生物學、社會科學到商業——但無法在不應對存儲挑戰的情況下釋放這種潛力。

例如為了研究一個人類家譜的突變，需要8兆兆位元組的數據來分析10代人的基因組。在天文學中，平方公里陣列(SKA)射電望遠鏡每小時產生576 pb的原始數據。與此同時，通過推進創新的神經技術(大腦)「地圖」的大腦研究，人類大腦處理的數據是約達位元組，即一萬億兆兆位元組。這些龐大的數據必須經過幾代人的時間才能有意義。開發具有高容量和長壽命的存儲設備是至關重要的，因此我們可以認識到使用長數據的研究對世界的影響。

這項技術背後的新技術——經過5年的發展——結合了金納米材料和一種具有突出機械強度的混合玻璃材料。研究進展的早期，顧和他的團隊打破了藍光的光學限制，並使數據存儲在可見光的全光譜範圍內。研究人員在一個新型的納米粒子混合玻璃基質中演示了光學長數據存儲器，這與光碟中使用的傳統材料不同。玻璃是一種非常耐用的材料，可長達1000年，可用於保存數據，但由於其缺乏靈活性，其存儲容量有限。該團隊將玻璃與有機材料結合在一起，使其壽命縮短了一半，但卻大大增加了容量。

為了創造納米顆粒混合玻璃基質，金納米棒被整合到一個混合玻璃複合材料中，被稱為有機改性陶瓷。研究人員選擇了黃金，因為它像玻璃一樣堅固耐用。金納米粒子允許在五個維度上記錄信息——空間的三維和顏色和極化。該技術依賴於溶膠-凝膠法，它使用化學前體來生產陶瓷和玻璃，其純度和同質性比傳統工藝好。

知識：科學無國界，博科園-科學科普

參考：Nature Communications

內容：經「博科園」判定符合今主流科學

來自：RMIT大學

編譯：光量子

審校：博科園

解答：本文知識疑問可於評論區留言

傳播：博科園

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