中國科學家開發“超級光盤

存儲與人類文明息息相關，大腦就是一個（gè）大容量存儲器。在（zài）AI時代，存儲更是智（zhì）慧的基（jī）礎。傳統商用光盤的最大容量在（zài）百GB量級，如今，中國科研團隊在超大容量超分辨三維（wéi）光存儲研究（jiū）中取得突破性進展，全球首次實現Pb量級超大容量光存儲，1Pb相當於1000Tb，也相當於100萬Gb，相當於把一個小型數據（jù）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（yàng）。

中國科學院上海光學（xué）精密機械（xiè）研究所（以下簡稱（chēng）“上海光機所”）與上海理工大學等科研單位合作，研究團（tuán）隊利用國際首創（chuàng）的雙光束調控聚集誘導發光超（chāo）分（fèn）辨光存儲技術，實驗上首次在信息寫入和讀出均突破了衍射極限的限製，實現了點尺寸為（wéi）54nm、道間距為70nm的（de）超分（fèn）辨數（shù）據存儲，並完成了100層的多層記（jì）錄，單盤等效容量（liàng）達Pb量級。這對於我國在信息存儲領域突破（pò）關鍵核（hé）心技術、實現數字經濟可持續發展具有重大意義。相關研究成果於2月22日發表在《自然》（Nature）雜誌。

全世界最（zuì）前（qián）沿的科學難（nán）題

數據就像石（shí）油（yóu）一樣存在地下，什麽時候要用數據，什麽（me）時候（hòu）就把它開采出來。

“數據還在飛速增長（zhǎng），預計明年全球會產生175ZB數據，1ZB就相當於（yú）100萬PB。”論文通訊作者之一、上海光機所研究員阮昊以（yǐ）科研為例，不管是上海光機所的（de）羲和激光裝置，還（hái）是“中（zhōng）國天（tiān）眼”，其產生的數據都是海量的。

科研（yán）數據、財務（wù）數據是典型的冷數據，訪問頻率低。“80%的數據都是冷數據，需要低成本的存儲（chǔ）。”阮昊介（jiè）紹（shào），目前存（cún）儲的方式有磁存儲、光存儲和半導體存儲。半導體存儲適合熱數據存儲，用於冷數（shù）據存儲的成本高昂。而光存儲技術具有綠色節能、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，信息點的道間距無法進一（yī）步縮小（xiǎo），導致傳統商用光盤的最大容（róng）量僅（jǐn）在百GB量級。“在CD、DVD時代，光（guāng）盤很熱，這幾十年沉澱（diàn）了，主要是衍（yǎn）射極限突破不了。”阮昊表示。

2021年《科學》（Science）發布（bù）的（de）全世界最前沿的125個科學問題中，突破衍射（shè）極限限製（zhì）在物理領域高居（jū）首位。在信息量（liàng）日益增長的大數據時代，突破衍射極限、縮小信息點尺寸、提高單盤存儲容量成為光存儲的不（bú）懈追（zhuī）求。

1994年，德國科（kē）學家Stefan W. Hell教授提（tí）出受（shòu）激輻（fú）射損耗（hào）顯微技（jì）術，首次在成像領域證明光學衍射極限能夠被打破，2014年獲得了諾貝爾化學獎。經過20多年發展，這一技術（shù）已在顯微成像、激光納米直寫（xiě）等領域實現了光學超分辨成果，信息的超分辨寫（xiě）入（rù）已經得到了解決。

然而（ér），傳統染料在聚集狀態下極易發生熒（yíng）光猝滅，造成（chéng）信息丟失，在納米尺度下還存（cún）在被背景噪聲湮沒的難題，導致超分辨（biàn）的信息難以（yǐ）讀出，通常依（yī）賴電鏡掃描的讀出方式，限製了超分辨技（jì）術在光存儲領（lǐng）域中的應用。因此，發展可同步實現（xiàn）超分辨寫、超分辨讀、三維存儲及長（zhǎng）壽命介質是（shì）10多年來光存儲研究領域亟（jí）待解決的難題。

手握6部“武功秘籍”甘坐冷板凳

上世紀八十年（nián）代，上（shàng）海光（guāng）機所幹福熹院士開（kāi）創了我國數（shù）字光盤存儲技術（shù）的研究，研究團隊（duì）一直深耕光存（cún）儲領域。

論文共同第一作者、上（shàng）海光機所（suǒ）博士後趙苗在上海光機（jī）所碩博連讀，將這個課題從（cóng）頭堅持到（dào）尾，“我當時想，如果我把這件（jiàn）事做出來，將是一件非常有意義的事。”

為此，導師阮昊為趙苗配（pèi）備了“智囊團”重新（xīn）給他打基礎。別人隻有1個導師，趙苗（miáo）卻有6個，“就像最頂級的武功秘籍，別人隻有（yǒu）一部，我有6部，我一（yī）直學。”但研究了（le）三四年仍然沒有令人驚喜的結（jié）果。“後來想（xiǎng）想算了，要不就這麽做下（xià）去，不行（háng）就拉倒。”“不行就拉倒”這句話意味著，如果沒有（yǒu）成果（guǒ），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，甚至不分晝夜地進行實驗。

研究團隊最終基於雙光束超分辨技術及聚集（jí）誘導（dǎo）發光存儲介質（zhì），在（zài）信息寫入和讀出方麵均突破了衍射極（jí）限的限製（zhì），實（shí）現了（le）點尺寸為54nm、道間距為70nm的超分辨數據存儲，並完成（chéng）了（le）100層的多層記（jì）錄，單盤等（děng）效容量約1.6Pb。經老化加速測（cè）試，光盤介質壽命大於40年，加速重複讀取後熒光對比度仍高達20.5：1。

光盤（pán）實物照片。

這是（shì）國際上首次實現Pb量級的超大容量光存儲。“香蕉视频网址的材料是（shì）完全透明的，所以（yǐ）能發揮光的優點，可以三維存儲（chǔ）。原來一個1Pb容量的數據中心，現在香蕉视频网址相當於（yú）把一個機（jī）櫃縮小到一張光（guāng）盤上。”阮昊表示。

此次研（yán）究成果有助於我國在存儲領域突破關（guān）鍵（jiàn）核（hé）心技術，將在大（dà）數據數字經濟中發揮作用。論文審（shěn）稿（gǎo）人評價稱，該研究成果可能會帶來數據中心檔案（àn）數據存儲的突破，解決大容量和節能的存儲技術難題。

“雖（suī）然（rán）香蕉视频网址在國（guó）際上完成（chéng）了雙光束超分辨存儲的原理（lǐ）驗證，但真正實現產業化還有（yǒu）較長的（de）路要走，產業化還（hái）需要大量資金，要（yào）解決（jué）很多工程性（xìng）問（wèn）題。”阮昊表示，比（bǐ）如讀出設備要做得更小，讀出速度要更快，材（cái）料也有優化空間。未來研究團度將加（jiā）快原始（shǐ）創新和關鍵（jiàn）技術攻關，推動超（chāo）大容量光（guāng）存儲的集成化和產業化進程，並拓（tuò）展（zhǎn）其在光顯（xiǎn）微成（chéng）像、光顯示、光信息處理等領域的（de）交叉應用。