Pb级三维纳米光子存储技术问世

“才拍了几张照片，我的手机内存又满了。”“我的电脑硬盘空间满了，又得去买外接硬盘了”……这些习以为常的困扰背后，是人们越来越高的数据存储需求。近日，上海理工大学顾敏院士团队和中国科学院上海光学精密机械研究所的团队利用三维纳米光子存储技术提出了绿色、长寿命、大数据存储解决方案，研究成果文章《Pb容量三维纳米光子存储》发表在国际学术期刊《自然》杂志上。

科研人员利用双光束技术突破光学衍射极限的限制，首次证实可以在三维空间实现多至百层的、超分辨尺寸下的信息点的写入和读出，单张盘容量可以高达Pb级（1Pb等于128TB），相当于至少一万张蓝光光盘的容量。也就是说，在这项技术的推动下，存下全球一年数据所需的Pb级光盘的数量相较于硬盘可以减少两个数量级，达到“以一抵百”的效果。

根据数据存储专业机构出具的白皮书显示，到2025年，全球数据总量将由2018年的33ZB增加到175ZB（1ZB等于10亿TB），如果用时下比较主流的1TB容量的移动硬盘装这些数据，至少需要使用1750亿个。这不仅成本高昂，而且数据存储的寿命短。因此无论是个人日常所需，还是工农业生产，开发能够容纳海量数据且绿色安全的存储技术迫在眉睫。此外，为了维持数据库严苛的运行环境（如恒温恒湿、防磁防尘）需要产生巨大的能耗，以2022年为例，我国数据中心总耗电量约2700亿千瓦时，超过两座三峡水电站的年发电量。尤其令人头疼的是，每隔3到10年还需要定期进行数据迁移，这样就存在数据被篡改或丢失的风险。

此次科研团队开发的三维纳米光子存储技术可以把耗能降低几个数量级，寿命可达50年到100年。顾敏介绍，该Pb级海量三维纳米光子存储技术是划时代的技术。以深度学习模型GPT为例，其背后的数据集，如总索引网页数量多达58亿个，整个互联网的文本大小约为56Pb，如果还是用1TB容量的移动硬盘去存储这些数据，平铺开来相当于一个标准田径场的面积。而此次科研团队开发的Pb级海量三维纳米光子存储技术可以将存储空间节省至一台电脑大小，极大地降低了经济成本。

这一颠覆性成果的提出源于团队突破了光学衍射极限的限制――像激光直写机、光学显微技术等，无一不被光学衍射极限所限制。2021年《科学》发布的全世界最前沿的125个科学问题中，光学衍射极限高居物理领域首位。同时，光学衍射极限也是2024年《自然》最新发布的将在未来一年关注的7个技术领域之一。

据悉，此次成果不仅在光存储领域成功突破了光学衍射极限这一物理学难题，有助于我国在存储领域实现重大突破，也将在航空航天、生物医学、卫星通信等领域大显身手。（记者孟歆迪）