Af Palle Vibe, Alt om Data
Denne artikel er oprindeligt bragt på Alt om Data. Computerworld overtog i november 2022 Alt om Data. Du kan læse mere om overtagelsen her.
I nullerne – det vil sige for bare en halv snes år siden – var flere forskere ved at falde over hinanden over opdagelsen af et smukt rødt protein kendt som bacteriorhodopsin og produceret af saltbakterien Halobacterium salinarum.
Denne mikrobe lever normalt omkring saltholdige søer som for eksempel Det Døde Hav, hvor den med sit særlige protein omdanner sollys til energi, hvis mængden af ilt bliver for lav. Under sådanne omstændigheder kan vandet i søen nærmest få et skinnende og glinsende purpurrødt skær.
Dataingeniører var på det tidspunkt optændt af den generelle antagelse, at det ville være muligt at bruge lasere til at radere data ind i en genmanipuleret version af den røde baktusse og på den måde skabe en tætpakket, tredimensionel og oven i købet genoverskrivelig holografisk datahukommelse.
Præstationerne ville hedde 30 gigabyte lagret på 30 sekunder og store film på blot 10 sekunder, ligesom det ville være muligt at overskrive samme mængde data lige så hurtigt igen. Med den daværende teknik ville det til sammenligning tage 30-45 minutter at lagre den samme mængde data på magnetiske pladelagre (altså harddiske). Og de på det tidspunkt tilgængelige holografiske hukommelser kunne nok lagre data i tre dimensioner, men i modsætning til konventionelle harddiske og flash-ram memories kunne disse data hverken slettes eller overskrives.
Hovedmændene bag den nye teknologi er Nick Riesen og den ph.d.-studerende Xuanzhao Pan fra Adelaide-universitetet.Lasere i tre farver
Ideen var god nok, men i praksis var det lettere sagt end gjort. For at forvandle baktussens protein-stof til en holografisk hukommelse skulle proteinet først en tur ned i en polymer gel og belyses med to grønne laserstråler. Strålerne blev samlet i gelen og skar samtidig et interferens-mønster i proteinet.
I dette mønster kodede man så de informationer, der skulle gemmes. For at hente informationerne ud igen, skulle forskerne bruge en svag rød laser, der blev moduleret af interferens-mønstret, mens en blå laser kunne slette mønstret helt.
Eksempel på ionmanipulation ved hjælp af laser ogdiverse optik.
Problemerne stod dog i mellemlang kø. For det første var overføringshastigheden på de lysmodulatorer, videnskaben kendte dengang, slet ikke hurtige nok til at kunne overføre de datamængder, som de amerikanske forskere havde forventet. Og den nødvendig optik kostede desuden over en million kroner og var dermed ikke noget, der lige kunne smides i et dvd-drev eller andet konventionelt hjemmeudstyr.
For det andet lå markedsprisen på udvundet bacteriorhodopsin helt oppe på omkring 750 kroner for 0,001 gram af proteinet. Den lagringskapacitet, som forskerne talte om, ville kræve cirka 30 milligram mikrobe-protein, hvilket ville summe sig op til 22.500 kroner, og det ville ikke være overraskende, hvis det viste sig, at interessen og afsætningen var omvendt proportional med denne materialepris. Siden har verden da heller ikke hørt så meget til denne urealistiske bakterielle teknologi.
Bittesmå krystaller af salt
Men nu har australske forskere fra University of South Australia og University of Adelaide i samarbejde med et team fra University of New South Wales udviklet en ny og ganske energieffektiv metode til at lagre data i saltkrystaller.
For som projektleder dr. Nick Riesen ved University of South Australia udtaler: ”Vi lever i en tid, hvor sociale medier, cloud computing og smartphones skaber et massivt behov for at kunne lagre hundredvis af terabyte (1 terabyte er 1000 gigabytes) eller endda petabyte (1 petabyte er en mio. gigabytes). Og optisk data-lagring repræsenterer her det mest lovende alternativ til traditionelle harddiske og sd-lagermedier eller Blu-ray-skiver.”
Den nye teknologi er baseret på saltkrystaller i nanostørrelse, der ændrer deres elektroniske tilstand ved belysning med laserstråler. Nanokrystallerne består dog ikke af almindeligt køkkensalt men i stedet af det såkaldte ”ionisk halide jordsalt BaFCl”, der ved belysning med UV-C lys fra en lille laser skifter ionstruktur mellem Sm2+ og Sm3+.
Heike Ebendorff-Heidepriemforudser, at den nye lagermetode vil rykke pladsgrænserne for
datalagring.
Denne veksling mellem to iontilstande er i stand til at lagre multiinformation i krystallet, da det lys de små nanokrystaller herunder udstråler, kan opdeles i mønstre, der kan udtrykke digital information, hvorved det er muligt for forskerne at skrive digital information ind i krystalstrukturen. Til ”indskrivning” benyttes laserlys, og det er jo en teknologi, der flere gange tidligere har været anvendt til at gemme bits og bytes.
Men forskellen er denne gang, ifølge forskerne, at mange flere bits kan gemmes på samme tid, og de indskrevne data kan ændres og overskrives flere gange i modsætning til tidligere optiske lagermedier, hvor det kun er muligt at gemme data én gang uden mulighed for redigering.
Den lagrede information skal udlæses gennem særlige konfokale linser, der kun opsamler lys fra et begrænset område af et emne, som dermed aftegnes særlig skarpt og bliver i stand til at opfange og afspejle den photoluminescence, der udsendes, når saltkrystallerne ændrer deres tilstand, idet signalstyrken afhænger af laserens styrke under ”indskrivningen”. Og der er vel at mærke tale om nanokrystaller, der er hundreder af gange mindre, end det det menneskelige øje kan opfatte.
Opsigtsvækkende er det heller ikke mindst, at teknologien gør det muligt at lagre adskillige bits samtidig og dermed øge lagerkapaciteten markant. Teknologien har reelt potentiale til at blive udvidet fra to til tre dimensioner og på den måde teoretisk nå op på petabyte/cm3-niveau.
Mikroben Halobacterium salinarum lever omkring saltholdige søer og kan ved iltmangel give vandet et skinnende og glinsende purpurrødt skær.Til sammenligning menes den menneskelige hjerne at kunne præstere en kapacitet på ca. 2,5 petabyte. Samtidig kan du ændre eller slette denne information adskillige millioner gange, og de anvendte lasere behøver kun at kunne yde en meget moderat effekt, hvilket gør metoden både energieffektiv og mere praktisk anvendelig. Desuden gør det lave energiforbrug det også muligt at anvende denne optiske lagring i praksis på små chips og integrerede kredse.
Riesen mener, at teknologien gør det muligt at flytte grænserne for, hvor store datamængder, der kan lagres ved at skrive data ind i tre dimensioner. Professor Heike Bendorff-Heidepriem fra samme forskningsinstitution i Australien mener endog, at det er muligt at udvide denne platform for datalagring til 3D-teknologier, hvor nano-krystaller er indlejret i glas eller polymer, og med et lavt energiforbrug vil løsningen være ideel til optisk datalagring på integrerede elektroniske chips.
Også seniorforsker ved Institute for Photonics and Advanced Sensing (IPAS), er eksempelvis overbevist om, at teknologien vil kunne integreres i glas eller på en polymer, lige som andre og helt nye materialer vil kunne komme i spil.
Der er ifølge forskerne heller ingen tvivl om, at teknologien hurtigt vil kunne skubbe grænserne for, hvor meget digital information, der efterhånden vil kunne presses sammen på helt utrolig minimal plads, når lagringen kan foregå i tre dimensioner på samme tid.
