القاهرة- محمد منصور
يتزايد الطلب العالمي على وسائل تخزين البيانات بسبب النمو المهول في حجم البيانات الرقمية، ويعتمد موفرو الخدمات السحابية على العديد من تقنيات التخزين، بما في ذلك محركات الأقراص الثابتة والشرائط المغناطيسية وحتى الأقراص الضوئية.
غير أن لتلك الوسائل العديد من العيوب التي تشمل استهلاكها العالي للطاقة، وعمرها القصير، ووقت الاستجابة الطويل.
وللتغلب على تلك المشكلة، يحاول العلماء الآن استخدام وسائل جديدة لتخزين البيانات، كالحمض النووي، القادر على الاحتفاظ بمئات التيرابايتات من البيانات لكل جرام، لكن الحمض النووي هش جداً ويمكن أن يتلف سريعاً.
والآن تمكن الباحثون من استخدام الليزر عالي السرعة لتخزين البيانات في قرص زجاجي بحجم القرص المضغوط، ويُمكن لتلك الطريقة أن تخزن نحو 500 تيرابايت من البيانات في ذلك الحجم الصغير.
تخزين طويل المدى
طوّر الباحثون طريقة الكتابة بالليزر السريع وهي طريقة موفرة للطاقة لإنتاج بنى نانوية عالية الكثافة في زجاج السيليكا.
ويمكن استخدام هذه البنى الصغيرة لتخزين البيانات الضوئية خماسية الأبعاد (3 أبعاد مكانية وبعدان بصريان) وطويلة المدى، والتي تكون أكثر كثافة بـ10 آلاف مرة من تقنية تخزين الأقراص الضوئية "بلو راي".
وقال باحث الدكتوراه بجامعة ساوثهامبتون البريطانية، يوهاو لي، إن الأفراد والمؤسسات ينتجون مجموعات بيانات أكبر من أي وقت مضى، ما يخلق حاجة ماسة إلى أشكال أكثر كفاءة لتخزين البيانات، ذات سعة عالية واستهلاك منخفض للطاقة وعمر طويل.
وبينما تم تصميم أنظمة التخزين السحابي بشكل أكبر للبيانات المؤقتة، "نعتقد أن تخزين البيانات خماسية الأبعاد في الزجاج يمكن أن يكون مفيداً لتخزين البيانات على المدى الطويل، للأرشيفات الوطنية أو المتاحف أو المكتبات أو المؤسسات الخاصة".
وفي الدراسة المنشورة بمجلة "أوبتيكا "Optica عالية التأثير، يصف، لي، وزملاؤه طريقتهم الجديدة لكتابة البيانات التي تشمل بُعدين بصريين بالإضافة إلى 3 أبعاد مكانية.
ويمكن للنهج الجديد أن يكتب بسرعة مليون فوكسل في الثانية، وهو ما يعادل تسجيل حوالى 230 كيلوبايت من البيانات (أكثر من 100 صفحة من النص) في الثانية.
ويتوقع الباحثون أن طريقة الكتابة الموفرة للطاقة هذه يمكن استخدامها للكتابة في البنية النانوية السريعة في المواد الشفافة، وهو ما ينعكس على مجموعة من التطبيقات في البصريات المتكاملة ثلاثية الأبعاد والموائع الدقيقة.
والمواد ذات البنى النانوية هي مواد لها كثافة عالية، هذا يعني إمكانية استخدامها لتخزين بيانات أكثر في المساحات السطحية الصغيرة من المادة.
وعلى الرغم من أن تخزين البيانات الضوئية الخماسي الأبعاد في مواد شفافة معروف من قبل، إلا أن كتابة البيانات بسرعة كافية وبكثافة عالية بما يكفي لتطبيقات العالم الحقيقي، أثبتت أنها صعبة.
ليزر فيمتوثانية
وللتغلب على هذه العقبة، استخدم الباحثون ليزر فيمتوثانية- ومضات ليزرية تُبث بفاصل زمني لا يزيد على بضع فيمتوثانية- أي بمعدل تكرار مرتفع لإنشاء حفر صغيرة تحتوي على بنية بقياس 500 × 50 نانومتر لكل منها.
وبدلاً من استخدام ليزر الفيمتوثانية للكتابة مباشرة على الزجاج، قام الباحثون بتسخير الضوء لإنتاج ظاهرة بصرية تُعرف باسم "تعزيز المجال القريب"، إذ يتم إنشاء بنية نانوية بواسطة عدد قليل من نبضات الضوء الضعيفة.
واستخدم الباحثون ظاهرة "تعزيز المجال القريب" لجعل الهياكل النانوية تقلل من الضرر الحراري الذي كان يمثل مشكلة بالنسبة للنُهج الأخرى التي تستخدم أشعة الليزر عالية معدل التكرار.
وعمل هذا النهج الجديد على تحسين سرعة كتابة البيانات إلى مستوى عملي، وتمكن الباحثون من كتابة عشرات الجيجابايتات من البيانات في وقت معقول.
كما أتاحت الهياكل النانوية عالية الدقة والمترجمة، سعة بيانات أعلى لأنه يمكن كتابة المزيد من وحدات البكسل في وحدة تخزين. إضافة إلى ذلك، فإن استخدام الضوء النبضي يقلل من الطاقة اللازمة للكتابة.
500 تيرابايت
واستخدم الباحثون طريقتهم الجديدة لكتابة 5 جيجابايت من البيانات النصية على قرص زجاجي من السيليكا بحجم قرص مضغوط تقليدي بدقة قراءة تقارب 100٪. ومع كثافة الكتابة المتاحة من الطريقة، سيكون القرص قادراً على استيعاب 500 تيرابايت من البيانات.
ومع ترقيات النظام التي تسمح بالكتابة المتوازية، يقول الباحثون إنه من الممكن كتابة هذه الكمية من البيانات في حوالي 60 يوماً.
ويعمل الباحثون الآن على زيادة سرعة الكتابة في طريقتهم وجعل التكنولوجيا قابلة للاستخدام خارج المختبر. يجب أيضاً تطوير طرق أسرع لقراءة البيانات لتطبيقات تخزين البيانات العملية.
