In de wereld van big data, er zijn beperkingen aan het opslaan van grote hoeveelheden informatie. Typische harde schijven voor thuiscomputers verbruiken veel stroom en zijn beperkt tot enkele terabytes per schijf. Optische opslagmedia zoals dvd en Blu-ray zijn energiezuinig en goedkoop, maar de opslagdichtheden zijn erg laag vanwege de vlakke aard van de schijven en de altijd ontmoedigende optische diffractielimiet. Echter, onderzoekers hebben vooruitgang geboekt bij de ontwikkeling van een 3D-diamantchip die veel meer gegevens kan opslaan dan de huidige technologieën.

In een nieuwe studie die in het tijdschrift verschijnt wetenschappelijke vooruitgang , natuurkundigen in de groep van prof. Carlos Meriles aan het City College van de City University of New York (CUNY) proberen de limieten voor gegevensopslag te omzeilen door gebruik te maken van de ladingstoestand en spin-eigenschappen van het stikstof-Vacature (NV) -centrum in diamant. De onderzoekers hebben een geheugenbit bedacht die niet langer een diffractiebeperkte bult op het oppervlak van een dvd is, maar in plaats daarvan een atomair defect dat elektronen naar believen kan vangen en vrijgeven met laserexcitatie. Als bewijs van principe, de Meriles Group gebruikte optische microscopie om te lezen, schrijf en reset informatie in een diamantkristal met een tweedimensionale bitdichtheid die vergelijkbaar is met de huidige dvd-technologie. Hier, het kristal is gelijk aan een herschrijfbaar geheugenopslagapparaat met vrijwel geen gegevensdegradatie in de loop van de tijd, als het in het donker wordt bewaard. De onderzoekers hebben ook een route gegeven om de opslagcapaciteit uit te breiden naar drie dimensies zonder dat de reeds geschreven gegevens worden aangetast. Ze toonden verder aan dat het mogelijk is om de vrijheidsgraad van de spin te controleren, uniek voor dit systeem, met behulp van nauwkeurig gevormde meerkleurige bundels en radiofrequentiebronnen om bitgroottes te bereiken die veel kleiner zijn dan de optische diffractielimiet. De resulterende opslagdichtheden voor zo'n diamantchip zouden honderdduizenden keren groter zijn dan de bestaande Blu-ray-technologie.

"Dit werk onthult een unieke kans om atomaire defecten te gebruiken voor gegevensopslag met hoge dichtheid, het transformeren van de schoonheid van de natuurkunde in een enorm bruikbare technologie, " zei co-eerste auteur Dr. Siddharth Dhomkar, Postdoctoraal medewerker in de Meriles-groep. Sprekend over de toekomstige praktische bruikbaarheid van hun innovatie, De heer Jacob Henshaw, co-eerste auteur en promovendus in de Meriles Group, zei, "Dit proof of principle-werk laat zien dat onze techniek in sommige opzichten concurrerend is met bestaande gegevensopslagtechnologie, en overtreft zelfs de moderne technologie in termen van herschrijfbaarheid. Je kunt deze defecten een vrijwel onbeperkt aantal keren opladen en ontladen zonder dat de kwaliteit van het materiaal verandert."

" n principe, hun techniek zou hogere informatiedichtheden kunnen bereiken door binaire (klassieke) informatie (in tegenstelling tot kwantuminformatie) op de spin te coderen, in plaats van de aanklacht, van NV-centra, " zei Dr. Marcus Doherty, Postdoctoraal onderzoeker bij het Laser Physics Centre, Onderzoekschool voor natuurkunde en techniek, Australische Nationale Universiteit, die niet betrokken was bij de CUNY-studie. "Dit is een opwindend geval waarin de zoektocht naar de volgende paradigma-kwantumtechnologieën een nieuwe vooruitgang heeft opgeleverd in de klassieke technologieën van vandaag."

Hoewel de diamantchip zich in een vroeg ontwikkelingsstadium bevindt, Dr. Doherty wijst erop dat vooruitgang in superdichte gegevensopslag, zoals die gemaakt door de Meriles Group, nodig zijn ter ondersteuning van de toenemende hoeveelheden gegevens die worden verwerkt door krachtige computers bij het nastreven van wetenschappelijk onderzoek, zoals zwaartekrachtsgolfmodellering in de astrofysica, reconstructie van complexe biomoleculen, en klimaatveranderingssimulaties.