“超級光盤”存儲器問世

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上海理工大學光子芯片研究院顧敏院士、中國科學院上海光學精密機械研究所阮昊研究員、上海理工大學光電信息與計算機工程學院文靜教授等合作，在國際上首次利用雙光束調控聚集誘導發光超分辨光存儲技術，在信息寫入和讀出兩方面均突破衍射極限的限制，研發出全球首個Pb級超大容量、超分辨納米級三維光盤存儲器，對我國在信息存儲領域突破關鍵核心技術具有重大意義。相關研究2月22日發表于《自然》。

這種超大容量光盤直徑12厘米，單面層數多達100層，厚度僅1.2毫米，單盤等效容量卻高達約1.6Pb。以1Pb相當于1015次方比特，或1百萬Gb計算，其單盤存儲容量相當于至少10000張藍光光盤或者100個大容量硬盤。

數字經濟時代大數據存儲至關重要，但現有主要存儲設備，如硬盤驅動器和半導體閃存器件，在能耗、壽命和成本方面都存在局限。光存儲技術具有綠色節能、安全可靠、壽命長達50至100年的獨特優勢，為長期低成本存儲海量數據提供了替代方案。但其發展卻受到光學衍射極限的限制，無法識別納米尺度的兩個相鄰記錄點的特征，更不用說在兩個記錄點之間實現寫入與讀取，這使得傳統商用光盤的最大容量僅在百GB量級。

在2021年《科學》雜志發布的全世界最前沿的125個科學問題中，光學衍射極限在物理領域高居首位。同時，這一技術也是《自然》雜志最新發布的2024年值得關注的七大技術之一。合作團隊在國際上首次利用雙光束調控聚集誘導發光超分辨光存儲技術，打破光學衍射極限，實現了點尺寸為54納米、道間距為70納米的超分辨數據存儲，并完成了100層的多層記錄，單盤等效容量高達約1.6Pb。經老化加速測試，光盤介質壽命大于40年，加速重復讀取后熒光對比度仍高達20.5:1。

“Pb級海量三維納米光子存儲技術是劃時代的技術。”論文共同通訊作者、中國工程院外籍院士顧敏對《中國科學報》說，以深度學習模型GPT為例，其整個互聯網文本大小約為56Pb，如果用當前廣泛使用的1TB容量的移動硬盤進行存儲，平鋪開來需要占據一個操場的面積，而新的三維納米光子存儲可將存儲空間節省至一臺電腦大小，極大地降低經濟成本。

“這是一項具有突破性創新的Pb級光存儲技術。”《自然》雜志一位國際審稿人說。其他審稿人也對此予以高度評價，認為“與現有其他技術相比，該技術在性能方面提供了最高的光存儲面密度”，“研究成果可能會帶來數據中心檔案數據存儲的突破，解決大容量和節能的存儲技術難題”。

顧敏、阮昊為論文共同通訊作者，文靜為論文共同第一作者兼共同通訊作者，中國科學院上海光學精密機械研究所博士后趙苗為論文第一作者。

圖片來自論文作者

相關論文信息：

https://doi.org/10.1038/s41586-023-06980-y