Door met lasers op een glazen schijf te schijnen, hebben wetenschappers data in het glas opgeslagen. Die gegevens kunnen daardoor duizenden jaren bewaard blijven.

We genereren immens veel data. Hoewel lang niet alles even belangrijk is, zijn er gegevens die we als een samenleving het liefst zo lang mogelijk bewaren, zoals historische documenten en wetenschappelijke kennis. Dat gebeurt momenteel met harde schijven en magneetbanden. Maar beide opslagmethoden hebben een beperkte levensduur. Harde schijven takelen na 5 tot 10 jaar al af en magneetbanden na ongeveer 30 jaar.

Een veelbelovend alternatief gebruikt laserpulsen om data in glas op te slaan. In theorie zouden gegevens daarmee veel langer te bewaren zijn. Hoewel er veel onderzoek naar wordt gedaan, was er nog nooit een compleet en functioneel archiveringssysteem op basis van lasers en glas gemaakt. Onderzoekers van het Project Silica-team van Microsoft Research is dat nu wel gelukt. Ze schreven erover in het gerenommeerde tijdschrift Nature.

Lees ook:

• Kun je data opslaan in DNA in plaats van op een harde schijf?
• Wafeltje van diamant moet 1 miljard Blu-rays aan data opslaan

Permanente veranderingen in het glas

Het archiveringssysteem schijnt met een zogenoemde femtoseconde-laser op een glazen schijfje. Deze laser genereert iedere seconde 10 miljoen krachtige pulsen. Die pulsen kunnen dankzij hun hoge energie zeer lokaal de microstructuur van het glas een beetje aanpassen, waardoor licht net iets anders door het materiaal beweegt.

Ieder punt waar de structuur van het glas is aangepast, wordt een voxel genoemd. Zo’n voxel is minuscuul; er passen er enorm veel in het glazen schijfje.

Door de golflengte, kracht of polarisatie van de laser aan te passen, zijn er verschillende voxels te maken die licht allemaal op een net iets andere manier beïnvloeden. Je kunt de verschillende voxeltypes daardoor gebruiken om computertaal (bits, de bekende nullen en eenen) te coderen. Bovendien kan één voxel, afhankelijk van de gebruikte eigenschappen, meer dan één bit bevatten. Door zeer veel voxels in het glas aan te brengen, kun je dus ook erg veel data opslaan.

Een geautomatiseerde microscoop kan meten hoe licht door het glazen schijfje beweegt en kan daardoor de opgeslagen informatie ook weer uitlezen. Hij vertaalt daarvoor de voxeltypes (en nog wat andere eigenschappen van de voxels, zoals hun 3D-positie) terug naar computertaal.

De veranderingen in de structuur van het glas zijn permanent. Dit betekent dat de data enorm lang veilig liggen opgeslagen (totdat het glas zelf beschadigd raakt, maar dat gebeurt niet zo snel als je er voorzichtig mee omgaat). Het betekent overigens ook dat je de data op zo’n glazen schijfje niet kunt verwijderen en vervangen door nieuwe gegevens.

10.000 jaar

Silica, het archiveringssysteem dat het team heeft ontwikkeld, kan 25,6 megabits (25,6 miljoen bits) per seconde schrijven in het glas. Door vier laserstralen tegelijk te gebruiken, is die snelheid op te schroeven tot 65,9 megabits. (Ter vergelijking: de gemiddelde harde schijf heeft een schrijfsnelheid van 800 tot 1600 megabits per seconde.)

Silica kan 1590 megabits per kubieke millimeter opslaan. Dat komt neer op 4,84 terabytes op een schijfje glas van 12 centimeter lang, 12 centimeter breed en 0,2 centimeter dik. Dat is genoeg om grofweg vijftig tot honderd ultra-HD 4K-films op te slaan.

Het team heeft een aantal experimenten gedaan om een schatting te maken van de levensduur van Silica. Daaruit zou blijken dat de data waarschijnlijk 10.000 jaar leesbaar blijven – en mogelijk nog veel langer.

‘Mijlpaal’

Hoewel de huidige prestaties van Silica al indrukwekkend zijn, moeten zowel de opslagcapaciteit als de schrijfsnelheid flink omhoog als het archiveringssysteem wil concurreren met bestaande datacenters.

De natuurkundigen Feng Chen en Bo Wu, die niet betrokken zijn bij het Silica-team, zijn desondanks nu al enthousiast. In een commentaar dat naast het wetenschappelijke artikel in Nature wordt gepubliceerd, schrijven ze dat Silica een laboratoriumconcept in een bruikbaar systeem heeft veranderd. “Als het op grote schaal wordt geïmplementeerd, zou het een mijlpaal kunnen betekenen in de geschiedenis van kennisopslag, vergelijkbaar met orakelbotten, middeleeuws perkament of de moderne harde schijf”, concluderen de natuurkundigen in hun commentaar.

Bronnen: Nature, Nature News & Views