Mit der derzeitigen Geschwindigkeit übersteigt die Produktion digitaler Daten bei weitem die der Speicherkapazitäten, was Entscheidungen erfordert, wie etwa bestimmte Informationen nicht zu behalten oder die Qualität der gespeicherten Daten zu verschlechtern.
Um diesem wachsenden Bedarf an Speicherplatz zu begegnen, haben Forscher der Fujian Normal University in China ein originelles Verfahren entwickelt, das gleichzeitig mehrere Eigenschaften des Lichts nutzt, um Informationen dreidimensional zu speichern. Diese Methode ermöglicht es, weitaus mehr Daten in einem Volumen unterzubringen, das herkömmlichen Verfahren entspricht, und bietet so einen ernsthaften Ansatz, um die Nachfrage zu befriedigen.
Darstellung einer in einem Material gespeicherten Daten-Seite durch Holographie, unter gleichzeitiger Nutzung von Intensität, Phase und Polarisation des Lichts.
Quelle: Xiaodi Tan, Fujian Normal University in China Die meisten aktuellen Systeme, wie Festplatten, speichern Daten auf einer flachen Oberfläche. Die neue Technik hingegen stützt sich auf das Prinzip der Holographie, um die Informationen in die Tiefe eines Materials einzuschreiben. Durch die Überlagerung mehrerer Muster in einem Volumen verbessert dieser Ansatz die Speicherdichte erheblich.
Die Idee eines holographischen Speichers ist nicht neu, aber die Innovation liegt hier in der gleichzeitigen Nutzung von drei Licht-Eigenschaften, um 'Seiten' mit optischen Informationen zu erzeugen.
Licht ist nicht nur ein einfacher Lichtstrom. Es besitzt unter anderem eine Eigenschaft namens Polarisation, die die Schwingungsrichtung seiner Welle beschreibt. Den Forschern ist es gelungen, diese Polarisation zu einem stabilen und zuverlässigen Informationskanal zu machen, zusätzlich zu den bereits genutzten Eigenschaften der Intensität und Phase.
Um dies zu erreichen, wandten sie eine dreidimensionale Modulations-Technik an, die es einer einzigen optischen Vorrichtung ermöglicht, diese drei Parameter gleichzeitig und koordiniert zu steuern. Die Aufzeichnung ist zuverlässig und für die meisten Anwendungen schnell genug.
Das Auslesen dieser mehrdimensionalen Daten stieß jedoch bisher auf ein erhebliches technisches Hindernis. Standard-Sensoren können nur die Lichtintensität direkt und in einem Durchgang messen, was die anderen Informationen unzugänglich macht.
Um diese Hürde zu umgehen, griffen die Wissenschaftler auf ein künstliches neuronales Netz zurück. Nach dem Lernen aus Beugungsbildern wurde dieses in der Lage, alle drei Dimensionen aus einfachen Intensitätsmessungen zu rekonstruieren. Es analysiert die kleinen Feinheiten in den Mustern, um die fehlenden Informationen über Phase und Polarisation in der Aufzeichnung abzuleiten.
Nachdem das Konzept im Experiment validiert wurde, beobachteten die Forscher, dass dieser kombinierte Ansatz tatsächlich die Menge an Informationen erhöhte, die eine einzige holographische Seite tragen kann. Die gleichzeitige Dekodierung durch die künstliche Intelligenz beschleunigt das Auslesen erheblich, da sie mehrstufige Messungen vermeidet. Diese Allianz zwischen Optik und KI ermöglicht so eine gleichzeitig dichte Speicherung mit einer zuverlässigen und schnellen Auslesung.
Derzeit befindet sich diese Technologie noch im experimentellen Stadium. Mehrere Verbesserungen sind erforderlich, bevor ein möglicher Einsatz in Frage kommt. Die Wissenschaftler planen, die Auflösung der kodierten Daten zu erhöhen und die Robustheit der polarisationsempfindlichen Speichermaterialien zu verbessern.
Das letztendliche Ziel ist es, diese Methode mit anderen Multiplexing-Techniken zu kombinieren, um mehrere Daten-Seiten parallel aufzuzeichnen und so die Kapazitätsgrenzen weiter zu verschieben.
Quelle: Optica