我們來看一組精美的彩色圖案：如下圖，這是幾張麥克斯韋和牛頓的頭像、梵高的著名畫作《星月夜》、以及三維幾何體，它們的尺寸僅有幾十到數(shù)百微米。更有趣的是，牛頓頭像可以被隱藏起來，只有在特定波長的偏振光照明下才能顯示。

而在普通白光照射之下、以及雙折射偏光顯微鏡下，牛頓頭像圖都無法被清晰地呈現(xiàn)。當(dāng)使用錯(cuò)誤波段的光照射之時(shí)，還會(huì)顯示完全不同的麥克斯韋頭像。

那么，上述過程是如何實(shí)現(xiàn)的？這其實(shí)依賴于一種名為“超快激光選擇性誘導(dǎo)鈮酸鋰單晶微相變”的全新多維光存儲(chǔ)方案。


全新多維光存儲(chǔ)的實(shí)現(xiàn)

該方案由浙江大學(xué)團(tuán)隊(duì)和之江實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合打造，研究人員利用超快激光誘導(dǎo)非晶化相變的局部光學(xué)相位調(diào)制，在晶體色偏振效應(yīng)的幫助之下，在激光修飾區(qū)域產(chǎn)生了像素級(jí)三維結(jié)構(gòu)色信號(hào)，借此實(shí)現(xiàn)了存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的寫入和讀取。

以往的多維光存儲(chǔ)技術(shù)，一般是提取雙折射、熒光等數(shù)據(jù)信號(hào)。而在這種新型多維光存儲(chǔ)策略中，信息能以肉眼可見的彩色像素點(diǎn)陣形式呈現(xiàn)。

這就允許人們直接通過圖像識(shí)別進(jìn)行高速數(shù)據(jù)提取，無需依賴昂貴且復(fù)雜的光學(xué)分析系統(tǒng)和信號(hào)處理過程，解決了光存儲(chǔ)技術(shù)數(shù)據(jù)讀取速度慢的問題。

由于鈮酸鋰的玻璃相和晶體相在可見光波段都具有良好的透明性，這使得無論在透射模式還是反射模式下，都可以分別從正面和背面獲得高度一致的數(shù)據(jù)信號(hào)，從而讓多通道三維數(shù)據(jù)的讀取成為可能。

此外，通過對(duì)激光寫入?yún)?shù)編碼，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)點(diǎn)顏色和強(qiáng)度的獨(dú)立操控，從而將其作為新的信息復(fù)用通道，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)多維數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。

另據(jù)悉，超快激光誘導(dǎo)微相變光存儲(chǔ)具有諸多優(yōu)異的性能。例如，由于激光誘導(dǎo)的微相變區(qū)域尺寸相對(duì)較小，因此在直寫加工條件之下，數(shù)據(jù)點(diǎn)直徑可以降至 500nm，這樣一來單盤存儲(chǔ)容量可以達(dá)到 TB 級(jí)。如果引入超分辨的加工策略，這些指標(biāo)還能夠進(jìn)一步提升。

更重要的是，在全無機(jī)介質(zhì)的包裹和保護(hù)下，微相變結(jié)構(gòu)具有極高的穩(wěn)定性，保存的信息可以承受多種極端環(huán)境，比如能承受 42T 的強(qiáng)磁場(chǎng)、700℃ 的高溫、60% HNO3 的強(qiáng)酸、以及 50kGy 的 X 射線等，而這些都是傳統(tǒng)存儲(chǔ)技術(shù)所無法承受的。

研究中的加速老化實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)在室溫之下使用這種存儲(chǔ)方案，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)壽命長達(dá) 1.4×1013 年，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)于超大規(guī)模數(shù)據(jù)的低能耗永久保存。

總的來說，本工作所提出的超快激光誘導(dǎo)鈮酸鋰晶體微相變基質(zhì)、及其在三維空間中實(shí)現(xiàn)像素級(jí)結(jié)構(gòu)色的策略，有望開辟全新的研究方向，對(duì)于三維彩色顯示、先進(jìn)信息加密和高效多維數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等領(lǐng)域的發(fā)展具有長遠(yuǎn)意義。

而這種超快激光選擇性誘導(dǎo)單晶微相變光存儲(chǔ)方案，之所以有望用于大規(guī)模數(shù)據(jù)的長效存儲(chǔ)，主要依賴于以下三點(diǎn)：

其一，存儲(chǔ)基質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)化。鈮酸鋰晶體集多種光電性能于一體，被稱為光量子時(shí)代的“光學(xué)硅”，此前已被廣泛用于微納光子學(xué)和集成光子學(xué)等領(lǐng)域。因此，本次方案可以被集成于各種成熟光學(xué)系統(tǒng)之中。

其二，讀寫裝置簡單。得益于超快激光的脈沖內(nèi)耦合材料修飾機(jī)制和基于結(jié)構(gòu)色的信號(hào)讀取原理，當(dāng)使用本方案時(shí)，不僅數(shù)據(jù)寫入快速簡單，不依賴復(fù)雜光學(xué)系統(tǒng)，而且不需要借助任何復(fù)雜光學(xué)分析探測(cè)，即可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)高效面讀取。

其三，本次方案的存儲(chǔ)綜合性能優(yōu)異，存儲(chǔ)容量、存儲(chǔ)壽命、數(shù)據(jù)讀寫速度、器件穩(wěn)定性等指標(biāo)在同類技術(shù)中均處于領(lǐng)先水平。

同時(shí)，得益于超快激光直寫的高度靈活性，通過設(shè)計(jì)激光寫入?yún)?shù)，就可以獨(dú)立地操控微相變區(qū)域結(jié)構(gòu)特征，從而自由地在三維空間中直寫各種彩色像素，以及精細(xì)操控各個(gè)像素的顏色，借此實(shí)現(xiàn)圖案打印的定制化、以及彩色圖像色調(diào)的選擇性調(diào)諧。

除平面圖案之外，還能實(shí)現(xiàn)晶體基質(zhì)內(nèi)的三維彩色圖案化打印與顯示。由于各個(gè)像素之間完全獨(dú)立，因此可以在三維空間中的任何位置實(shí)現(xiàn)色彩特征的良好控制。

此外，利用晶體色偏振的波長選擇性，本次方案還可用于多級(jí)信息加密和先進(jìn)光學(xué)防偽等領(lǐng)域。


存儲(chǔ)市場(chǎng)將面臨爆炸量級(jí)的數(shù)據(jù)

隨著科技的飛速發(fā)展，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)也正面臨著換代的挑戰(zhàn)。在這個(gè)信息爆炸的時(shí)代，數(shù)據(jù)量的增長速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了我們的想象。傳統(tǒng)的存儲(chǔ)技術(shù)已經(jīng)無法滿足日益增長的數(shù)據(jù)需求，因此新型的存儲(chǔ)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，預(yù)示著存儲(chǔ)市場(chǎng)的未來將發(fā)生深刻變革。

當(dāng)前存儲(chǔ)市場(chǎng)正經(jīng)歷著前所未有的變化，一方面，數(shù)據(jù)的爆炸性增長使得存儲(chǔ)容量需求大幅增加。另一方面，隨著云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等技術(shù)的興起，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的效率和安全性也面臨著更高的要求。在這個(gè)背景下，創(chuàng)新和變革成為了存儲(chǔ)市場(chǎng)的關(guān)鍵詞，存儲(chǔ)技術(shù)的未來發(fā)展前景廣闊。

首先閃存技術(shù)將在未來幾年內(nèi)成為主流。相較于傳統(tǒng)的硬盤閃存具有更高的讀寫速度和耐用性，能夠滿足大數(shù)據(jù)和高性能計(jì)算的需求。

其次硬盤技術(shù)也將繼續(xù)發(fā)展，企業(yè)級(jí)硬盤市場(chǎng)將不斷擴(kuò)大。

此外光盤技術(shù)作為一種低成本的存儲(chǔ)方式，將在數(shù)據(jù)長期保存領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。針對(duì)不同的應(yīng)用場(chǎng)景，選擇合適的存儲(chǔ)產(chǎn)品至關(guān)重要。對(duì)于需要高性能和快速讀寫數(shù)據(jù)的場(chǎng)景閃存是首選。對(duì)于需要大容量存儲(chǔ)和高可靠性的場(chǎng)景，企業(yè)級(jí)硬盤是優(yōu)選。對(duì)于需要長期保存大量數(shù)據(jù)的場(chǎng)景，光盤則更具優(yōu)勢(shì)。

未來最有潛力的存儲(chǔ)技術(shù)

未來的存儲(chǔ)技術(shù)將主要集中在提高存儲(chǔ)密度、存儲(chǔ)速度和能效比等方面，以下是幾種有望取代現(xiàn)有存儲(chǔ)技術(shù)的未來技術(shù)：

3D XPoint：3D XPoint是一種由英特爾和微軟合作研發(fā)的新型非易失性存儲(chǔ)技術(shù)，它具有比SSD更快的讀寫速度和更高的耐久性，同時(shí)斷電存儲(chǔ)時(shí)間也更長，可以達(dá)到數(shù)年甚至十年以上。3D XPoint的存儲(chǔ)單元之間可以相互獨(dú)立操作，從而實(shí)現(xiàn)了更高的存儲(chǔ)密度和更快的讀寫速度。

存儲(chǔ)級(jí)內(nèi)存（Storage-Class Memory，SCM）：SCM是一種介于內(nèi)存和存儲(chǔ)器之間的新型存儲(chǔ)技術(shù)，它可以像內(nèi)存一樣快速讀寫數(shù)據(jù)，但又具有存儲(chǔ)器的非易失性，即斷電后數(shù)據(jù)不會(huì)丟失。SCM具有極低的讀寫延遲和高效的能量利用率，可以大大提高計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的性能。

光存儲(chǔ)技術(shù)：光存儲(chǔ)技術(shù)是一種基于激光器和光學(xué)元件的新型存儲(chǔ)技術(shù)，它可以實(shí)現(xiàn)超高密度、超長壽命的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。光存儲(chǔ)器使用光來寫入和讀取數(shù)據(jù)，不受機(jī)械震動(dòng)和磁場(chǎng)的影響，因此具有很高的穩(wěn)定性和可靠性。

綜上所述，存儲(chǔ)技術(shù)的演進(jìn)和變革是一個(gè)不斷推動(dòng)計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)步的過程。雖然現(xiàn)有的存儲(chǔ)技術(shù)已經(jīng)取得了重大的進(jìn)步和發(fā)展，但是隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域和數(shù)據(jù)量的不斷擴(kuò)大，傳統(tǒng)的機(jī)械硬盤和固態(tài)硬盤已經(jīng)難以滿足人們的需求。未來的存儲(chǔ)技術(shù)將主要集中在提高存儲(chǔ)密度、存儲(chǔ)速度和能效比等方面，其中3D XPoint、SCM和光存儲(chǔ)技術(shù)等新興技術(shù)有望取代現(xiàn)有存儲(chǔ)技術(shù)，成為未來存儲(chǔ)領(lǐng)域的主流技術(shù)。

此外，未來存儲(chǔ)技術(shù)的發(fā)展還面臨著許多挑戰(zhàn)和困難，如成本、可靠性、安全性等方面。對(duì)于3D XPoint和SCM等新興存儲(chǔ)技術(shù)來說，其成本和可靠性仍然是制約其大規(guī)模應(yīng)用的主要因素。光存儲(chǔ)技術(shù)雖然具有很高的存儲(chǔ)密度和穩(wěn)定性，但是目前仍處于實(shí)驗(yàn)室階段，其商業(yè)化應(yīng)用仍需要克服許多技術(shù)和經(jīng)濟(jì)難題。

在未來的存儲(chǔ)技術(shù)發(fā)展過程中，人工智能（AI）和大數(shù)據(jù)分析等應(yīng)用將會(huì)成為重要的驅(qū)動(dòng)力。這些應(yīng)用對(duì)于存儲(chǔ)速度、存儲(chǔ)密度和能效比等方面提出了更高的要求，同時(shí)也為存儲(chǔ)技術(shù)的發(fā)展帶來了新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。