在科幻片里我們常看到這樣一個(gè)場(chǎng)景，主人公從口袋里掏出微型設(shè)備，打開(kāi)海量數(shù)據(jù)庫(kù)執(zhí)行任務(wù)。倘若在不久的將來(lái)，我們不用再專門(mén)跑到圖書(shū)館查詢文檔，或是拿著沉甸甸的硬盤(pán)拷貝數(shù)據(jù)資料，而是輕松地在口袋里攜帶一個(gè)“大數(shù)據(jù)中心”，隨時(shí)找到需要的數(shù)據(jù)，這將是多棒的體驗(yàn)？

2月25日，上海理工大學(xué)未來(lái)光學(xué)實(shí)驗(yàn)室人工智能納米光子學(xué)中心顧敏院士團(tuán)隊(duì)在Science子刊Science Advances（《科學(xué)進(jìn)展》）雜志上發(fā)表高水平論文，在光信息存儲(chǔ)技術(shù)領(lǐng)域讓上述海量數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)“隨身帶”有了可能。

據(jù)了解，到2025年，全球生成的數(shù)據(jù)總量預(yù)計(jì)達(dá)到175 ZB（澤字節(jié)，1 ZB等于10億TB即太字節(jié)），如果將這么多數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在藍(lán)光光盤(pán)上，則光盤(pán)堆棧的高度將是地球到月球距離的23倍，開(kāi)發(fā)能夠容納如此大量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)技術(shù)迫在眉睫。

不斷增長(zhǎng)的信息存儲(chǔ)需求導(dǎo)致大數(shù)據(jù)中心的廣泛使用，這些數(shù)據(jù)中心能量消耗巨大，約占全球電力供應(yīng)的3％，且依賴于基于磁記錄的硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器，該硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器的存儲(chǔ)容量有限，單盤(pán)片數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量最大為2 TB，使用壽命一般只有3至5年。利用激光實(shí)現(xiàn)的光存儲(chǔ)技術(shù)有望滿足以上數(shù)據(jù)存儲(chǔ)需求，同時(shí)可以有效節(jié)省成本，在讀寫(xiě)、儲(chǔ)存時(shí)能夠降低巨大能耗，且使用壽命長(zhǎng)達(dá)20年左右。在過(guò)去的幾十年中，光存儲(chǔ)技術(shù)取得了長(zhǎng)足進(jìn)步。但光的衍射性質(zhì)卻限制了可達(dá)到的信息位大小，限制了光盤(pán)的存儲(chǔ)容量，光盤(pán)存儲(chǔ)容量仍被限制在幾個(gè)TB。

對(duì)此，上海理工大學(xué)顧敏院士團(tuán)隊(duì)與澳大利亞皇家墨爾本理工大學(xué)、新加坡國(guó)立大學(xué)劉曉剛教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合開(kāi)展研究，論文“基于上轉(zhuǎn)換共振能量轉(zhuǎn)移的納米級(jí)光學(xué)寫(xiě)入技術(shù)（Nanoscale optical writing through upconversion resonance energy transfer）”發(fā)表于Science子刊Science Advances（《科學(xué)進(jìn)展》）上，研究的實(shí)驗(yàn)工作由上理工博士后西蒙尼·拉蒙（Simone Lamon）完成。

據(jù)上理工顧敏院士團(tuán)隊(duì)介紹，這是一項(xiàng)旨在解決海量大數(shù)據(jù)光存儲(chǔ)技術(shù)瓶頸的研究，此研究通過(guò)鑭系元素（稀土元素之一）摻雜的熒光上轉(zhuǎn)換納米顆粒和氧化石墨烯結(jié)合，實(shí)現(xiàn)低功率的光學(xué)寫(xiě)入納米級(jí)信息位（納米級(jí)是指1至100納米的大小，其中1納米等于1米的十億分之一），為下一代光信息存儲(chǔ)技術(shù)提供了新的方案。研究所開(kāi)發(fā)的亞衍射光學(xué)寫(xiě)入技術(shù)將大大提高數(shù)據(jù)密度，可以生產(chǎn)出在所有可用光學(xué)技術(shù)中具有最大存儲(chǔ)容量的光盤(pán)，預(yù)計(jì)1張12厘米的光盤(pán)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量可以達(dá)到700 TB，相當(dāng)于28000張藍(lán)光光盤(pán)的存儲(chǔ)量。此外，此技術(shù)使用一種新的納米復(fù)合材料，將氧化石墨烯與熒光上轉(zhuǎn)換納米顆粒結(jié)合在一起，使用熒光上轉(zhuǎn)換納米顆粒將亞衍射信息位寫(xiě)入納米復(fù)合材料，在結(jié)構(gòu)光照明下局部還原氧化石墨烯，還原氧化石墨稀的過(guò)程通過(guò)共振能量轉(zhuǎn)移來(lái)完成，從而降低能耗，延長(zhǎng)光學(xué)器件的使用壽命。同時(shí)，與傳統(tǒng)光學(xué)寫(xiě)入技術(shù)使用昂貴且笨重的脈沖激光器相比，此技術(shù)使用便宜的連續(xù)波激光器，大大降低了成本。

作為此篇論文的第一作者，西蒙尼·拉蒙目前是上海理工大學(xué)人工智能納米光子學(xué)中心博士后，他表示，之所以決定加入上理工人工智能納米光子學(xué)中心，是因?yàn)轭櫭艚淌谔岢隽讼乱淮{米光子設(shè)備與人工智能技術(shù)結(jié)合的愿景，這將掀起社會(huì)信息技術(shù)的一場(chǎng)革命。而作為上理工國(guó)際化人才布局的重要組成部分，學(xué)校也為來(lái)校參與科研創(chuàng)新的國(guó)際人才和團(tuán)隊(duì)提供了世界一流的設(shè)施和國(guó)際研究環(huán)境。“未來(lái)，我們的研究將致力于進(jìn)一步優(yōu)化特殊材料加工平臺(tái)，用以改善存儲(chǔ)容量、降低能耗和延長(zhǎng)存儲(chǔ)信息壽命，從而實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)。我們的技術(shù)可以應(yīng)用于下一代納米光子器件所需的碳基納米級(jí)光刻?！蔽髅赡帷だ杀硎?。

由此可見(jiàn)，這一系列創(chuàng)新發(fā)現(xiàn)為大容量光數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)提供了更便宜、可持續(xù)發(fā)展的解決方案，同時(shí)適于光盤(pán)的低成本批量生產(chǎn)，應(yīng)用潛力巨大，為解決全球數(shù)據(jù)存儲(chǔ)挑戰(zhàn)開(kāi)辟了新途徑。鑒于此研究成果的重要性，Science 主刊也作為Research Highlight報(bào)導(dǎo)此研究成果。

來(lái)源：第一教育  記者：臧鶯

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