美國芝加哥大學(xué)研究人員開發(fā)出一種創(chuàng)新性的存儲技術(shù),利用晶體內(nèi)的單原子缺陷來表示數(shù)據(jù)存儲中的二進制數(shù)“1”和“0”,將幾個太字節(jié)(TB)的數(shù)據(jù)存儲在邊長僅為1毫米大小的晶體立方體中。相關(guān)論文發(fā)表在最新一期《納米光子學(xué)》雜志上。

歷史上,用于表示二進制數(shù)據(jù)“1”和“0”的物理載體(如打孔卡片、真空管、晶體管等)的尺寸,限制了設(shè)備可存儲的信息量。此次,研究人員利用晶體結(jié)構(gòu)中缺失的原子,在不超過1毫米的空間中存儲了數(shù)兆字節(jié)數(shù)據(jù)。

這種存儲技術(shù)將稀土元素(也稱為鑭系元素)融入晶體中,研究人員特別使用了鐠和氧化釔晶體。這些晶體中存在固有缺陷,如晶格中缺少單個氧原子,留下空隙。晶體缺陷在量子研究中通常用于創(chuàng)建“量子比特”。

研究人員解釋說,稀土元素表現(xiàn)出特定的電子躍遷,可選擇精確的激光激發(fā)波長進行光學(xué)控制,范圍從紫外線到近紅外區(qū)域。激光激發(fā)鑭系元素,使其釋放電子,這些電子被氧化晶體中的缺陷捕獲。

研究人員可控制哪些缺陷帶電,哪些不帶電,將帶電間隙指定為“1”,不帶電間隙指定為“0”,從而將晶體轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N高效存儲設(shè)備,超越以往傳統(tǒng)計算的限制,實現(xiàn)了極高的數(shù)據(jù)存儲密度。

與通常由X射線或伽馬射線激活的劑量計不同,這種存儲設(shè)備可由簡單的紫外線激光觸發(fā)。

研究人員認(rèn)為,這項技術(shù)展示了一種跨學(xué)科方法,即應(yīng)用量子技術(shù)改造經(jīng)典的非量子計算機。它將最初專注于輻射劑量計的研究,重新用于革命性的微電子存儲器。這項技術(shù)突破了數(shù)據(jù)存儲的限制,為傳統(tǒng)計算機帶來新的超緊湊、大容量存儲解決方案。