Đĩa CD sắp trở lại kỷ nguyên hoàng kim nhờ công nghệ lượng tử

Điều này hứa hẹn một cuộc cách mạng thực sự cho ngành công nghệ lưu trữ dữ liệu.

Công nghệ mới sẽ giúp đĩa CD trở lại thời kỳ hoàng kim - Ảnh: Live Science

Thiết bị lưu trữ lấy cảm hứng từ cơ học lượng tử

Trong một nghiên cứu mới, các nhà khoa học đã đề xuất một phương pháp lưu trữ dữ liệu hoàn toàn mới dựa trên các nguyên lý của cơ học lượng tử và kỹ thuật mang tên “ghép kênh bước sóng”. Thiết bị lưu trữ này bao gồm các ô nhớ chứa nguyên tố đất hiếm được nhúng trong một vật liệu rắn, cụ thể là tinh thể magiê oxit (MgO). Những nguyên tố này phát ra các photon (các hạt ánh sáng), được các "khiếm khuyết lượng tử" – lỗ trống trong mạng tinh thể với các electron không liên kết – hấp thụ và lưu trữ năng lượng.

Vấn đề của các thiết bị lưu trữ hiện tại như CD và DVD là chúng bị giới hạn bởi kích thước của ánh sáng laser dùng để ghi và đọc dữ liệu. Nghĩa là dữ liệu không thể được thu nhỏ hơn bước sóng ánh sáng laser. Tuy nhiên, với công nghệ "ghép kênh bước sóng" mới, các bước sóng ánh sáng khác nhau có thể được sử dụng song song, giúp tăng đáng kể mật độ dữ liệu lưu trữ.

Khả năng lưu trữ đột phá

Nghiên cứu đề xuất rằng tinh thể MgO, khi kết hợp với các nguyên tố đất hiếm, có thể tạo ra môi trường lý tưởng để lưu trữ dữ liệu. Các nguyên tố đất hiếm phát ra ánh sáng ở các bước sóng riêng biệt và khi được đóng gói gần nhau, chúng tạo nên một cấu trúc lưu trữ cực kỳ hiệu quả.

Vào ngày 14.8, nghiên cứu này đã được công bố trên tạp chí Physical Review Research, và các nhà khoa học mô tả chi tiết cách ánh sáng tương tác ở thang đo nanomet. Nhà nghiên cứu Giulia Galli, giáo sư tại Đại học Chicago, cho biết: “Chúng tôi đã phát hiện ra cơ sở vật lý đằng sau cách truyền năng lượng giữa các khiếm khuyết, mở ra tiềm năng phát triển phương pháp lưu trữ quang học cực kỳ hiệu quả”.

Khi các khiếm khuyết lượng tử hấp thụ năng lượng từ các nguyên tố đất hiếm, chúng chuyển sang trạng thái spin, và trạng thái này cực kỳ khó đảo ngược. Điều này có nghĩa là các khiếm khuyết lượng tử có khả năng lưu trữ dữ liệu trong thời gian dài hơn.

Điều thú vị là các photon (quang tử) phát ra từ nguyên tố đất hiếm có kích thước nhỏ hơn nhiều so với các photon laser thông thường. Nhờ vậy, mật độ lưu trữ có thể tăng lên đến 1.000 lần so với hiện tại.

Một trong những thách thức lớn nhất với công nghệ dựa trên cơ học lượng tử là chúng thường yêu cầu hoạt động ở nhiệt độ rất thấp để tránh mất thông tin. Tuy nhiên, nghiên cứu này đang hướng tới việc phát triển một thiết bị có khả năng hoạt động ở nhiệt độ phòng, giúp mở rộng khả năng ứng dụng thực tế.

Nhà nghiên cứu Swarnabha Chattaraj từ Phòng thí nghiệm Quốc gia Argonne (Mỹ) cho biết: “Để biến điều này thành hiện thực, chúng ta cần phải hiểu rõ thời gian duy trì trạng thái kích thích và phương thức đọc dữ liệu. Nhưng việc hiểu rõ quá trình truyền năng lượng trường gần này là một bước tiến lớn”.

Với những tiến bộ trong nghiên cứu, chúng ta có thể sẽ sớm chứng kiến một cuộc cách mạng trong lưu trữ dữ liệu, nơi các đĩa CD lượng tử có thể lưu trữ nhiều thông tin hơn hàng nghìn lần so với các thiết bị hiện tại.

Nghiên cứu mới mở ra triển vọng về một thiết bị lưu trữ cực kỳ mạnh mẽ và hiệu quả. Nếu được phát triển thành công, công nghệ này không chỉ tạo ra những đột phá trong lưu trữ dữ liệu mà còn thúc đẩy các ngành công nghệ tiên tiến khác dựa trên nền tảng cơ học lượng tử. Chúng ta hãy cùng chờ đón một tương lai đầy hứa hẹn cho ngành công nghệ lưu trữ!

Hoàng Vũ