Doorbraak in kwantumopslag kan 1000x hogere gegevensdichtheid mogelijk maken

Wetenschappers hebben met behulp van kwantummechanica en zeldzame aardmetalen een nieuwe benadering van optische gegevensopslag ontwikkeld die verandering zou kunnen brengen in de hoeveelheid geheugen die we erin kunnen stoppen. Een team van de Pritzker School of Molecular Engineering van de Universiteit van Chicago en Argonne National Laboratory publiceerde hun bevindingen op 14 augustus in Physical Review Research.

Ze gebruiken magnesiumoxidekristallen met daarin zeldzame aardelementen die fotonen op specifieke golflengten uitzenden. Om gegevens op te slaan, rommelen deze fotonen met kwantumdefecten - lege plekken in het kristalrooster met ongepaarde elektronen. Dit systeem maakt gebruik van golflengtemultiplexing om meer gegevens op te slaan dan reguliere optische opslag, zoals CD's en DVD's, die door lichtdiffractie tegen grenzen aanlopen.

De kwantumdefecten ondergaan een bijna onomkeerbare verandering van spintoestand wanneer ze energie opzuigen van nabijgelegen zenders van zeldzame aarden, waardoor gegevens worden gestabiliseerd voor langdurige opslag. De fotonen die ze uitzenden zijn veel kleiner dan de 500-1000 nanometer vergeleken met de golflengtes van 500-1000 nanometer die gebruikt worden in de huidige optische opslagtechnologie, zodat we opslagdichtheden kunnen bereiken die tot 1000 keer groter zijn dan bij de huidige oplossingen.

Maar zelfs met deze grote stap voorwaarts zijn er nog een heleboel uitdagingen voordat het op de markt kan komen. Het team moet bepalen hoe lang deze opgewonden toestanden duren en hoe de gegevens teruggehaald kunnen worden. Bovendien moet de technologie betrouwbaar werken bij kamertemperatuur, aangezien veel kwantumsystemen superkoude omstandigheden in de buurt van het absolute nulpunt nodig hebben.

"Het begrijpen van dit bijna-veld energieoverdrachtsproces is een enorme eerste stap," zei Swarnabha Chattaraj, een postdoc onderzoeker bij Argonne National Laboratory. Deze doorbraak zou uiteindelijk kunnen leiden tot optische opslagapparaten met ultrahoge dichtheid, maar er is nog veel ontwikkelingswerk voor de boeg voordat het klaar is voor prime time.