Cientistas da Microsoft Research, nos Estados Unidos, mostraram um sistema chamado Silica capaz de escrever e ler informação em pedaços comuns de vidro, conseguindo armazenar o equivalente a dois milhões de livros num quadrado fino, do tamanho da palma da mão.
Num artigo publicado hoje na revista Nature, os investigadores afirmam que os testes indicam que os dados poderão manter-se legíveis por mais de 10.000 anos.
O que micro‑pulsos de luz conseguem fazer
O novo sistema, conhecido como Silica, recorre a flashes extremamente curtos de luz laser para gravar unidades de informação num bloco de vidro normal.
Estes pulsos são chamados “ultracurtos” por um motivo: cada um dura apenas quadrilionésimos de segundo (isto é, femtossegundos ou 10–15 s).
Para ter uma noção da escala: comparar dez femtossegundos com um minuto é como comparar um minuto com toda a idade do Universo.
E estes flashes, já por si incrivelmente breves, podem ainda ser usados para gerar rajadas de luz ainda mais curtas, com duração de atossegundos (um milésimo de um femtossegundo, ou 10–18 s).
Essas rajadas de atossegundos permitem observar o movimento dos eletrões no interior de átomos e moléculas - e, em 2023, o Prémio Nobel da Física foi atribuído por trabalho pioneiro nesta área a Ferenc Krausz (por coincidência, o meu antigo orientador de doutoramento), Anne L’Huillier e Pierre Agostini.
Silica: escrita em vidro com pulsos laser de femtossegundo
Os pulsos laser de femtossegundo têm também uma aplicação tecnológica prática: podem provocar alterações no interior de materiais transparentes, como o vidro.
Estes lasers emitem luz com um comprimento de onda que, em condições normais, atravessa o vidro sem interagir. Contudo, quando pulsos ultracurtos dessa luz são focados de forma muito apertada numa região específica, gera-se um campo elétrico intenso que modifica a estrutura molecular do vidro na zona focal.
Desta forma, apenas um volume tridimensional minúsculo - muitas vezes com menos de um milionésimo de metro de aresta - fica afetado. Esse volume é designado por “voxel” e pode ser criado em posições rigorosamente controladas no interior do vidro.
Décadas de investigação
A ideia de usar voxels escritos por laser para armazenamento de dados em três dimensões não é recente.
Eric Mazur e colaboradores, na Universidade de Harvard, nos EUA, estudaram o armazenamento ótico volumétrico já na década de 1990. O seu trabalho pioneiro mostrou que era possível inscrever estruturas permanentes de dados em vidro comum usando lasers de femtossegundo.
Em 2014, Peter Kazansky e colegas, na Universidade de Southampton, no Reino Unido, relataram armazenamento de dados em vidro de quartzo fundido com uma “vida útil aparentemente ilimitada”. Isto ajudou a consolidar o conceito de dispositivos de memória ultraestáveis baseados em vidro.
Em 2024, Kazansky criou uma empresa derivada, a SPhotonix, para comercializar o que descrevem como “nanoestruturação 5D em vidro”.
A visão de um “cristal de memória 5D” chegou mesmo à cultura popular: um dispositivo semelhante surgiu no filme mais recente da série Missão: Impossível, O Acerto de Contas Final, apresentado como um cofre seguro capaz de conter uma IA poderosa, mas sinistra.
Um sistema completo
O projeto Silica não afirma ter alcançado um novo avanço científico. Em vez disso, a equipa apresenta a primeira demonstração abrangente de uma tecnologia prática e aplicável no mundo real.
O trabalho reúne todos os componentes essenciais de uma plataforma de armazenamento baseada em lasers de femtossegundo e vidro: codificação de dados, escrita, leitura, descodificação e correção de erros.
O estudo analisa várias estratégias relacionadas com fiabilidade, velocidade de escrita, eficiência energética e densidade de dados, incluindo avaliações sistemáticas da vida útil da informação armazenada.
O Silica examinou dois tipos principais de voxels gravados por laser.
O primeiro tipo consiste em minúsculas estruturas alongadas, semelhantes a vazios, criadas por “microexplosões” induzidas pelo laser dentro do vidro. Estas permitem uma densidade de armazenamento extremamente elevada: 1.59 gigabits por milímetro cúbico.
O segundo tipo baseia-se em alterações subtis do índice de refração local do vidro. Estes voxels podem ser escritos mais rapidamente e com menor consumo de energia - mas cada milímetro cúbico de vidro consegue guardar menos dados.
Este método permite escrever cerca de 65.9 megabits por segundo, e os autores indicam que este valor poderia aumentar com a utilização de mais feixes laser.
Por fim, experiências de envelhecimento acelerado sugerem que os dados gravados - mesmo no caso dos voxels de fase, mais sensíveis - poderão manter-se estáveis por mais de 10.000 anos. Isto ultrapassa largamente a vida útil de suportes de arquivo convencionais, como fita magnética ou discos rígidos.
O que vem a seguir
Quando iniciei o meu doutoramento, no final da década de 1990, na Universidade de Tecnologia de Viena, éramos apenas um pequeno número de laboratórios no mundo com capacidade para construir lasers que gerassem pulsos de femtossegundo.
Hoje, após décadas de evolução tecnológica, lasers ultrarrápidos com a fiabilidade, a potência e as taxas de repetição necessárias para uso industrial podem ser comprados diretamente no mercado.
Um armazenamento de dados de arquivo denso, rápido e energeticamente eficiente é uma aplicação real particularmente entusiasmante destes lasers. À medida que a fotónica ultrarrápida continua a amadurecer, não tenho dúvidas de que surgirão mais aplicações. Tempos entusiasmantes pela frente.
Alex Fuerbach, Professor, Photonics Research Centre, Macquarie University
Este artigo é republicado de The Conversation ao abrigo de uma licença Creative Commons. Leia o artigo original.
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