Por: Alex Fuerbach
Científicos de Microsoft Research en Estados Unidos han demostrado un sistema llamado Silica para escribir y leer información en trozos de vidrio comunes y corrientes que pueden almacenar datos equivalentes a dos millones de libros en un cuadrado delgado del tamaño de la palma de la mano. En un artículo publicado en Nature, los investigadores dicen que sus pruebas sugieren que los datos serán legibles durante más de 10.000 años.
Lo que pueden hacer los pequeños pulsos de luz
El nuevo sistema, llamado Silica, utiliza destellos de luz láser extremadamente cortos para inscribir bits de información en un bloque de vidrio ordinario. Estos pulsos se llaman “ultracortos” por algo. Cada uno dura apenas unas cuatrillónésimas de segundo (también conocidos como femtosegundos o 1*10-15s).
Para que lo entiendas: comparar diez femtosegundos con un solo minuto es como comparar un minuto con la edad entera del universo.
Estos destellos increíblemente cortos se pueden utilizar para generar ráfagas de luz aún más cortas que duran attosegundos (una milésima de femtosegundo o 1*10–18s). Estas explosiones de attosegundos se pueden utilizar para observar el movimiento de electrones dentro de átomos y moléculas, y en 2023 el Premio Nobel de Física fue otorgado por el trabajo pionero en esta área a Ferenc Krausz (casualmente mi antiguo supervisor de doctorado), Anne L’Huillier y Pierre Agostini.
Escritura en vidrio
Los pulsos láser de femtosegundos también tienen una aplicación tecnológica práctica. Permiten realizar cambios en el interior de materiales transparentes como el vidrio.
Estos láseres producen luz con una longitud de onda que normalmente atraviesa el vidrio sin interacción. Sin embargo, cuando pulsos ultracortos de esta luz se enfocan con precisión en una región específica, se produce un campo eléctrico intenso que altera la estructura molecular del vidrio en la zona focal.
Esto significa que solo se ve afectado un minúsculo volumen tridimensional, a menudo de menos de una millonésima de metro por lado. Esto se denomina “vóxel”, y puede generarse en posiciones controladas con precisión en el vidrio.
Décadas de investigación
La idea de utilizar vóxeles escritos con láser para el almacenamiento de datos tridimensionales no es nueva. Eric Mazur y sus colaboradores de la Universidad de Harvard en Estados Unidos investigaron el almacenamiento óptico volumétrico en la década de 1990. Su trabajo innovador demostró que se podían inscribir estructuras de datos permanentes en vidrio común utilizando láseres de femtosegundos.
En 2014, Peter Kazansky y sus colegas de la Universidad de Southampton (Reino Unido) informaron sobre el almacenamiento de datos en vidrio de cuarzo fundido con una vida útil aparentemente ilimitada. Esto contribuyó a sentar las bases de los dispositivos de memoria ultraestables basados en vidrio.
En 2024, Kazansky fundó una empresa llamada SPhotonix para comercializar lo que ellos describen como “nanoestructuración de vidrio 5D”. Su visión de un “cristal de memoria 5D” incluso se popularizó: un dispositivo similar apareció en la última película de Misión Imposible: La Sentencia Final, presentado como una bóveda segura capaz de contener una IA poderosa pero siniestra.
Un sistema completo
El proyecto Silica no pretende haber logrado un nuevo avance científico. En cambio, el equipo presenta la primera demostración completa de una tecnología práctica en el mundo real.
Su trabajo integra todos los elementos clave de una plataforma de almacenamiento basada en láseres de femtosegundos y vidrio. Incluye la codificación de datos, la escritura, la lectura, la decodificación y la corrección de errores. El trabajo explora diferentes estrategias para la fiabilidad, la velocidad de escritura, la eficiencia energética y la densidad de datos, e incluye evaluaciones sistemáticas de la vida útil de los datos. Silica analizó dos tipos principales de vóxeles escritos con láser.
El primero consiste en diminutas estructuras alargadas similares a huecos, creadas mediante microexplosiones láser dentro del vidrio. Estas permiten una densidad de almacenamiento extremadamente alta de 1,59 gigabits por milímetro cúbico.
El segundo tipo implica realizar cambios sutiles en el índice de refracción local del vidrio. Estos se pueden escribir más rápido y consumir menos energía, pero cada milímetro cúbico de vidrio puede contener menos datos. Este método puede escribir unos 65,9 megabits por segundo, y los autores afirman que esta velocidad podría incrementarse con más rayos láser.
Finalmente, los experimentos de envejecimiento acelerado sugieren que los datos escritos, incluso en el caso de los vóxeles de fase más sensibles, podrían permanecer estables durante más de 10.000 años. Esto supera ampliamente la vida útil de los medios de almacenamiento de archivo convencionales, como la cinta magnética o los discos duros.
El futuro
Cuando comencé mi doctorado a finales de la década de 1990 en la Universidad Tecnológica de Viena, éramos uno de los pocos laboratorios en todo el mundo que teníamos la experiencia para construir láseres capaces de generar pulsos de femtosegundos. Hoy en día, después de décadas de desarrollo tecnológico, se pueden adquirir en el mercado láseres ultrarrápidos con la fiabilidad, potencia y tasas de repetición necesarias para el uso industrial.
El almacenamiento de datos de archivo denso, rápido y energéticamente eficiente es una aplicación práctica y emocionante de estos láseres. A medida que la fotónica ultrarrápida continúa madurando, no me cabe duda de que se añadirán más aplicaciones. Se avecinan tiempos emocionantes.
Este artículo es una traducción de otro publicado en The Conversation. Puedes leer el texto original haciendo clic aquí.