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　　“才拍了幾張照(zhao)片，我的(de)(de)(de)(de)手(shou)機(ji)內存又滿了。”“我的(de)(de)(de)(de)電(dian)腦硬盤(pan)空間滿了，又得去買外接硬盤(pan)了”……這些習(xi)以為常的(de)(de)(de)(de)“困擾”背后，是(shi)(shi)人(ren)(ren)們越來越高(gao)的(de)(de)(de)(de)數據(ju)存儲(chu)需(xu)求。而這些日常“小煩惱”只是(shi)(shi)數據(ju)存儲(chu)困擾的(de)(de)(de)(de)冰山一(yi)角——根據(ju)數據(ju)存儲(chu)專業機(ji)構出具的(de)(de)(de)(de)白皮書顯(xian)示，到(dao)2025年(nian)全(quan)球(qiu)數據(ju)總量將由2018年(nian)的(de)(de)(de)(de)33ZB增(zeng)加到(dao)175ZB(ZB即(ji)“澤字(zi)節”，1ZB等于10億TB，即(ji)太字(zi)節)，如果(guo)用時下比較主流的(de)(de)(de)(de)1TB容量的(de)(de)(de)(de)移動硬盤(pan)裝這些數據(ju)，則至(zhi)少需(xu)要(yao)使(shi)用1750億個。這樣不僅成本高(gao)昂(ang)，而且(qie)數據(ju)存儲(chu)的(de)(de)(de)(de)壽命短。因此無論是(shi)(shi)個人(ren)(ren)日常所需(xu)，還是(shi)(shi)工農業生(sheng)產，開發能(neng)夠(gou)容納海(hai)量數據(ju)且(qie)綠色安(an)全(quan)的(de)(de)(de)(de)存儲(chu)技術早已迫(po)在眉(mei)睫。

　　近日，顧敏院(yuan)士領導的(de)上海理工大學(xue)和中科(ke)院(yuan)上海光(guang)(guang)學(xue)精密機械研究(jiu)所的(de)團隊人(ren)員(yuan)利(li)用(yong)光(guang)(guang)存儲(chu)技術提出了綠色、長壽命、大數(shu)據存儲(chu)解決方案，研究(jiu)成(cheng)果以“Pb容(rong)量三維納米光(guang)(guang)子存儲(chu)”(A 3D nanoscale optical disk memory with petabit capacity)為題，發表在(zai)《自然》(Nature)正(zheng)刊上。科(ke)研人(ren)員(yuan)利(li)用(yong)雙(shuang)光(guang)(guang)束技術突破光(guang)(guang)學(xue)衍(yan)射極限的(de)限制，首(shou)次證實可以在(zai)三維空間(jian)實現多至(zhi)百(bai)層的(de)、超分辨尺寸下(xia)的(de)信息(xi)點的(de)寫(xie)入和讀(du)出，單張盤(pan)(pan)容(rong)量可以高(gao)達(da)Pb級(ji)(ji)(ji)，相當于至(zhi)少一萬張藍光(guang)(guang)光(guang)(guang)盤(pan)(pan)的(de)容(rong)量。也就是說，在(zai)這項技術的(de)推動下(xia)，存下(xia)全球(qiu)一年數(shu)據所需的(de)Pb級(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)盤(pan)(pan)的(de)數(shu)量相較(jiao)于硬盤(pan)(pan)可以減少兩個數(shu)量級(ji)(ji)(ji)，達(da)到“以一抵百(bai)”的(de)效果。

　　上(shang)海理工(gong)大學(xue)光子芯片研究院(yuan)院(yuan)長(chang)、張江實驗(yan)室光計(ji)算(suan)所所長(chang)顧敏(min)院(yuan)士，上(shang)海理工(gong)大學(xue)文靜教(jiao)授，上(shang)海光學(xue)精密機(ji)械研究所阮昊(hao)研究員為(wei)通訊作者。中科院(yuan)上(shang)海光機(ji)所趙苗博士后和(he)文靜教(jiao)授為(wei)該成(cheng)果并列第一作者。

圖片(pian)引(yin)自《自然》(Nature)的“Pb容量三(san)維納米(mi)光子存儲”(A 3D nanoscale optical disk memory with petabit capacity)論文

　　據(ju)(ju)顧敏院(yuan)士介紹，該Pb級(ji)海量(liang)三維納米(mi)(mi)光子存儲(chu)(chu)技術是(shi)(shi)劃時代(dai)的(de)技術。以深度學習模(mo)型GPT為例，其(qi)背后(hou)的(de)數(shu)據(ju)(ju)集，如(ru)(ru)總(zong)索引網頁數(shu)量(liang)多達(da)58億，整個(ge)互聯(lian)網的(de)文本大(da)小(xiao)約為56Pb，如(ru)(ru)果還(huan)是(shi)(shi)用1TB容量(liang)的(de)移動(dong)硬(ying)盤去(qu)存儲(chu)(chu)這(zhe)些數(shu)據(ju)(ju)，平鋪開來相當于一個(ge)標準田徑場的(de)面積。而此次科研團隊(dui)開發(fa)的(de)三維納米(mi)(mi)光子存儲(chu)(chu)可以將存儲(chu)(chu)空間節(jie)省至一臺電(dian)腦大(da)小(xiao)，極大(da)地降(jiang)低了經濟成本。

　　此外，為(wei)了維持(chi)數據(ju)庫嚴苛(ke)的(de)(de)(de)運行環境(如(ru)恒(heng)(heng)溫恒(heng)(heng)濕、防磁防塵)需(xu)要產生巨大的(de)(de)(de)能耗(hao)，以2022年為(wei)例(li)，我(wo)國數據(ju)中心總耗(hao)電量(liang)約2700億(yi)千(qian)瓦時，超過2座三峽水電站的(de)(de)(de)年發電量(liang)。尤(you)其令人頭疼的(de)(de)(de)是，每隔3到10年還需(xu)要定期進行數據(ju)遷移，這樣就存(cun)在數據(ju)被篡改或丟失的(de)(de)(de)風險，且存(cun)儲壽命短。此次科研團隊開發的(de)(de)(de)光子存(cun)儲技術(shu)可以把耗(hao)能降低幾個數量(liang)級(ji)，壽命可達(da)50到100年。

　　這(zhe)一(yi)(yi)顛覆性(xing)成果(guo)的(de)提出源于團(tuan)隊(dui)突破了(le)光(guang)(guang)(guang)學衍(yan)射(she)極限(xian)的(de)限(xian)制(zhi)(zhi)——像激(ji)光(guang)(guang)(guang)直寫(xie)機(ji)、光(guang)(guang)(guang)學顯微技術、光(guang)(guang)(guang)存儲技術，無一(yi)(yi)不(bu)被光(guang)(guang)(guang)學衍(yan)射(she)極限(xian)所限(xian)制(zhi)(zhi)。“2021年《科學》發(fa)布(bu)的(de)全世界最前沿的(de)125個(ge)(ge)科學問題(ti)中，光(guang)(guang)(guang)學衍(yan)射(she)極限(xian)高居物理領(ling)(ling)域首位，同時也(ye)是2024年《自然》最新發(fa)布(bu)的(de)將在(zai)未來一(yi)(yi)年關注(zhu)的(de)7個(ge)(ge)技術領(ling)(ling)域之(zhi)一(yi)(yi)。可以說，我(wo)們(men)團(tuan)隊(dui)拼上了(le)這(zhe)一(yi)(yi)領(ling)(ling)域的(de)‘珠穆(mu)朗瑪峰(feng)’。”

　　基礎(chu)研(yan)究領(ling)(ling)域(yu)的突(tu)破絕非一日(ri)之功，早在2013年(nian)，顧(gu)敏院士(shi)就帶領(ling)(ling)團隊開(kai)始了創新探索(suo)。在激光直寫領(ling)(ling)域(yu)，他帶領(ling)(ling)科研(yan)團隊利用雙光束的原理(li)實現(xian)了9納(na)米激光直寫技(ji)術(shu)。此次發表在《自然》雜志上納(na)米光子(zi)存(cun)儲(chu)(chu)技(ji)術(shu)的提出，不僅在光存(cun)儲(chu)(chu)領(ling)(ling)域(yu)成功突(tu)破了光學衍射極限(xian)這一物(wu)理(li)學難題，有助于我(wo)國在存(cun)儲(chu)(chu)領(ling)(ling)域(yu)實現(xian)突(tu)破，也將在航空航天(tian)、生(sheng)物(wu)醫學、衛星通信等領(ling)(ling)域(yu)大顯身(shen)手(shou)。

　　相關論文信息

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

　　//www.nature.com/articles/s41586-023-06980-y