中國科學家開發“超級光盤

存儲與人類文（wén）明息息相關，大腦（nǎo）就（jiù）是一個大（dà）容量存（cún）儲器（qì）。在AI時代，存儲更是智慧的基礎。傳統商用光盤的最大容量在百GB量級，如（rú）今，中國科研團（tuán）隊在超大（dà）容量超分辨三（sān）維光存儲研究中取得突（tū）破性進展，全球首次實（shí）現Pb量級超大容量光存儲，1Pb相當於1000Tb，也相（xiàng）當於100萬Gb，相當於把一個小型數（shù）據中心機櫃縮小到一張光盤上，類似於裁線機製精度有多高一樣。

中國科學院上海（hǎi）光學精密機械研（yán）究所（以下簡稱“上海（hǎi）光機所（suǒ）”）與上海理工大（dà）學等科研單位合作，研究團隊利用國際首創的雙光束調控聚集誘（yòu）導發光超分辨光存儲技術，實驗上首（shǒu）次（cì）在信息寫入和讀出均突破了（le）衍（yǎn）射極限的限製（zhì），實現了點尺寸為54nm、道間距為70nm的超分辨數據存儲，並完成了100層的（de）多層記錄，單盤等效容量達Pb量級。這對於（yú）我國在信息存儲領域（yù）突破關鍵核心技術、實現數字經濟可（kě）持續發展具有重（chóng）大意義。相（xiàng）關研究（jiū）成果於2月22日發表在《自然》（Nature）雜誌。

全世界最前沿的科學難題

數據（jù）就像石油一樣存在地下，什麽時（shí）候要用數據，什麽時候（hòu）就把它開采出來。

“數據還在飛速增長，預（yù）計明年全球會產生175ZB數（shù）據，1ZB就相當於100萬（wàn）PB。”論文通訊作者之一、上海光機所研究員阮昊以科研為例（lì），不管是上海光機所的羲和激（jī）光裝置（zhì），還是“中國天眼”，其產生的數據都是（shì）海量的。

科研數據、財務數據是（shì）典型的冷數據，訪問頻率低。“80%的數據（jù）都是冷數據，需（xū）要低成本的存儲。”阮昊介（jiè）紹，目（mù）前存儲的（de）方式有磁存儲、光存儲和半導體（tǐ）存儲。半導體存儲（chǔ）適合（hé）熱數據（jù）存儲，用於（yú）冷數據存儲的成本高昂。而光存儲技（jì）術具有綠色節（jiē）能、安全可靠、壽命長（zhǎng）達50-100年的獨特優勢，適合長期低成本存儲海量數據。

然而受衍射極限的限製，信息點的道間距（jù）無法（fǎ）進一步縮小（xiǎo），導致傳統商用光盤的最大容量僅在百GB量級。“在CD、DVD時代，光盤很熱，這幾十年沉澱（diàn）了（le），主要是衍射極限突破不了。”阮（ruǎn）昊表示。

2021年《科學》（Science）發布的全世界最前（qián）沿的125個科學問題中，突破衍射極限限製在物理領域高居首位。在信息量日益增長（zhǎng）的大（dà）數據時代，突破（pò）衍射極限、縮小信息（xī）點尺寸、提高單盤存儲容量成為光存儲的不懈追求。

1994年，德國科學家Stefan W. Hell教（jiāo）授（shòu）提出受激輻（fú）射損耗顯微技（jì）術，首次在成像領（lǐng）域證明光學衍（yǎn）射極限能夠被打破，2014年獲得了諾貝爾化學（xué）獎。經過20多年發展（zhǎn），這一（yī）技術已在顯微成像、激光納（nà）米直寫等領域實現了光學超分辨成果，信息（xī）的超分辨寫入已（yǐ）經得到了解決。

然而（ér），傳統染料在聚集狀態下極易發生熒光猝滅（miè），造成信（xìn）息丟失，在納米尺度下還存在被背景噪（zào）聲湮沒（méi）的難題，導致超分辨的信息難以讀出，通常依賴電鏡掃描的讀出方式（shì），限製了超分辨技術在光存儲領域中的應（yīng）用。因此，發展可同步（bù）實（shí）現超分辨寫、超分辨讀、三（sān）維存儲及長壽命（mìng）介質是10多（duō）年來光存儲研（yán）究領域亟待解決的難（nán）題。

手握6部（bù）“武功秘籍”甘坐冷板凳

上世紀八十年代，上海光機所幹福熹院士開創了我國數（shù）字光盤存儲技（jì）術的（de）研究，研究團隊一直深耕光（guāng）存（cún）儲領域。

論文共同第一作（zuò）者、上海光機所博士後趙苗在上海光機（jī）所碩博（bó）連讀，將這個課題從頭堅持（chí）到尾，“我當時想，如果我把這件事做出來，將是（shì）一件非常有意義的事（shì）。”

為此，導師阮昊為趙苗配備了“智囊團”重（chóng）新給他打基礎。別人隻有1個導師，趙苗卻有6個，“就像最頂級的武功秘籍，別人（rén）隻有一部（bù），我（wǒ）有6部，我一直學。”但研究了三四年仍然（rán）沒有令人驚喜的結果。“後來想想（xiǎng）算了，要不（bú）就這麽做下去，不行就拉倒。”“不行就拉倒”這句（jù）話意味著（zhe），如（rú）果沒有成果，趙苗連碩士學位也拿不到。在這樣的境地下，他仍然堅持科研，甚至不分晝夜（yè）地進行（háng）實驗。

研究團（tuán）隊最終基於雙光束超分辨技（jì）術及聚集誘導發光存（cún）儲介質，在信息寫入和（hé）讀出方麵均突破了衍射極限的限製，實現了點尺寸為54nm、道間距為70nm的超分辨（biàn）數據（jù）存儲，並完成了100層的多層記錄，單盤等效容（róng）量（liàng）約1.6Pb。經老化加速測試，光盤介質壽命大（dà）於40年，加速重複讀取後熒光對比（bǐ）度仍高達20.5：1。

光盤實物照片（piàn）。

這是國際上首次（cì）實現Pb量（liàng）級的超大容量光存儲。“香蕉视频网址（men）的材料是完全透明的，所以能發揮光的優點，可以三維存儲。原來一（yī）個1Pb容量的數據中心，現在香蕉视频网址（men）相當於把一個機（jī）櫃縮（suō）小到一張光盤上（shàng）。”阮昊表示（shì）。

此次研究（jiū）成果有助於我國在存儲領域突破關鍵核（hé）心技術，將在大數據數字經濟（jì）中發揮作用。論文審稿人評價稱，該研（yán）究成果可能會帶來數據中心檔案數據存儲的突破，解決大容量和節能的（de）存儲技術難題。

“雖然香蕉视频网址在國（guó）際上完（wán）成了雙光束（shù）超分辨（biàn）存儲的原理驗證，但真正實（shí）現產業化還有較長的（de）路要走，產業（yè）化還需要大量資金，要解決很多工程性問題。”阮昊表示，比如讀出設備要做得（dé）更小，讀出速度要更快，材料也有優化空間。未來研究團度將加快原始創新（xīn）和關鍵技術攻關，推動超大（dà）容量光存儲的集成化和產業（yè）化進程，並拓（tuò）展其在光顯微成像、光顯示、光信息處理等領域的交叉應用。