近日，中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機械研究所（以下簡稱上海光機所）阮昊研究員團隊和上海理工大學(xué)顧敏院士等科研人員，利用國際首創(chuàng)的雙光束調(diào)控聚集誘導(dǎo)發(fā)光超分辨光存儲技術(shù)，在信息寫入和讀出方面均突破了衍射極限的限制，提出了綠色、長壽命的大數(shù)據(jù)存儲解決方案，研究成果于2月22日發(fā)表在《自然》正刊上。

納米光子存儲示意圖。受訪對象供圖

科研人員利用雙光束光存儲技術(shù)突破光學(xué)衍射極限的限制，首次證實可以在三維空間實現(xiàn)多至百層的、超分辨尺寸下的信息點的寫入和讀出。這項新技術(shù)可以讓單張盤容量高達Pb級，相當于至少一萬張藍光光盤的容量。

有研究表明，以50年為使用周期估算，采用光存儲的平均成本相較于硬盤可以減少兩個數(shù)量級，達到“以一抵百”的效果。

僅僅20克透明輕薄的光盤。1張光盤可替代海量存儲設(shè)備。圖源：《自然》。受訪對象供圖

上海光機所空天激光技術(shù)與系統(tǒng)部阮昊研究員解釋，光存儲技術(shù)具有綠色節(jié)能、安全可靠、壽命長的獨特優(yōu)勢，非常適合長期低成本存儲海量數(shù)據(jù)。然而受到衍射極限的限制，傳統(tǒng)商用光盤的最大容量僅在百GB量級。在信息量日益增長的大數(shù)據(jù)時代，突破衍射極限、縮小信息點尺寸、提高單盤存儲容量長久以來一直都是光存儲領(lǐng)域的追求。

1994年德國科學(xué)家Stefan W.Hell提出受激輻射損耗顯微技術(shù)，首次證明在成像領(lǐng)域光學(xué)衍射極限能夠被打破，并在2014年獲得諾貝爾化學(xué)獎，經(jīng)過20多年的發(fā)展，在顯微成像、激光納米直寫等多個領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了光學(xué)超分辨成果，信息的超分辨寫入已得到解決。

然而，發(fā)展可同步實現(xiàn)超分辨寫、超分辨讀、三維存儲及長壽命介質(zhì)，仍是10多年來光存儲研究領(lǐng)域亟待解決的難題。

上海理工大學(xué)光子芯片研究院院長顧敏介紹，以深度學(xué)習(xí)模型ChatGPT為例，其背后的數(shù)據(jù)集，如總索引網(wǎng)頁數(shù)量多達58億，整個互聯(lián)網(wǎng)的文本大小約為56Pb，如果用1TB容量的移動硬盤存儲這些數(shù)據(jù)，用到的硬盤平鋪開相當于一個標準田徑場那么大。而此次科研團隊開發(fā)的三維納米光子存儲可將存儲空間節(jié)省至一臺電腦大小，極大地降低了經(jīng)濟成本。

“我們解決了光存儲領(lǐng)域信息寫入和讀出均受衍射極限限制的問題，實現(xiàn)了超分辨的記錄，極大地提高了光存儲的密度和容量。單盤的容量可達到1.6Pb，相當于1萬張藍光光盤，這是一個突破性的進展，為大數(shù)據(jù)存儲提供了綠色節(jié)能長壽命的方案?！毖芯咳藛T表示。

Pb級光盤制備及讀寫方式示意圖。圖源：《自然》。受訪對象供圖

像激光直寫、光學(xué)顯微技術(shù)、光存儲技術(shù)等，無一不被光學(xué)衍射極限所限制。2021年《科學(xué)》雜志發(fā)布的全世界最前沿的125個科學(xué)問題中，光學(xué)衍射極限高居物理領(lǐng)域首位，同時也是2024年《自然》最新發(fā)布的將在未來一年關(guān)注的7個技術(shù)領(lǐng)域之一。納米光子存儲技術(shù)的提出，不僅在光存儲領(lǐng)域成功突破了光學(xué)衍射極限這一物理學(xué)難題，有助于我國在存儲領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)突破，未來也有望在航空航天、生物醫(yī)學(xué)、衛(wèi)星通信等領(lǐng)域大顯身手。

未來，研究團隊將加快原始創(chuàng)新和關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，推動超大容量光存儲的集成化和產(chǎn)業(yè)化進程，并拓展其在光顯微成像、光顯示、光信息處理等領(lǐng)域的交叉應(yīng)用，產(chǎn)出更多創(chuàng)新成果。

（科技日報記者 王春）