Сложно представить, но около 90% всей информации были записаны на различные носители в течение последних нескольких лет. Такие сумасшедшие объёмы ставят перед учёными основную задачу: как же сохранить все эти данные?

Ричард Эванс (Richard Evans) из австралийского Государственного объединения научных и прикладных исследований (CSIRO) показал, что можно расширить объём информации, записываемой на диск формата DVD-5 с 4,7 гигабайта до одного петабайта (около 1000 терабайтов). Это эквивалентно объёму видеозаписи длиной в 10,6 лет или 50 тысячам фильмов в высоком качестве.

У CD и DVD-дисков есть масса преимуществ перед другими носителями информации: они лёгкие, дешёвые и многоцелевые, то есть на них можно записывать музыку, фильмы, компьютерные игры, текстовые документы и многое другое. Однако у них есть и недостаток: объём информации, которую они способны сохранить, по современным меркам весьма ограничен.

Принцип записи информации на диск относительно прост: информация трансформируется в ряд двоичных (бинарных) единиц, называемых битами (нули и единицы); каждый бит "выжигается" в виде точек на диске при помощи лазерного луча.

Ограниченность объёма информации, которую можно записать, обусловлена прежде всего физическими размерами этих самых точек, а также самих дисков. Поэтому многие современные носители, такие как DVD или Blu-ray, обладают низким уровнем плотности размещения информации.

Чтобы разобраться во всём этом, обратимся к фундаментальным законам оптики. В 1873 году немецкий физик Эрнст Аббе описал закон, ограничивающий ширину светового луча. Согласно этому закону, диаметр единичного луча света, сфокусированного линзой, не может быть меньше, чем половина его длины волны. То есть, для видимого излучения минимальный диаметр луча будет составлять приблизительно 500 нанометров (миллиардных долей метра).

Закон Аббе играет большую роль в создании современных микроскопов, но он также является и камнем преткновения. Чтобы увеличить объём информации, который можно будет записать на оптические носители, учёные пытаются создать "точки" меньшего размера (диаметром всего в один нанометр).

Авторы новейшего исследования всё же нашли способ обойти фундаментальный закон оптики: для записи информации они решили использовать вместо привычного одноцветного двухцветный лазерный луч. Каждый луч определённого цвета будет подчиняться закону Аббе и потому не сможет создать точку меньшего размера, но два луча вместе, образующих двойной луч, обладают уже совершенно другими характеристиками.

Первый луч — красный — имеет круглую форму и используется для активизации записи. Учёные его назвали "пишущим лучом". Второй луч — фиолетовый — имеет форму бублика и выполняет функцию "анти-записи", препятствуя работе пишущего луча.

Исследователи наложили один луч на другой таким образом, чтобы пишущий луч оказался в "дырке от бублика" луча анти-записи. Когда второй луч нейтрализует первый в определённой зоне этого пространства, процесс записи информации локализуется в самом центре пишущего луча. Таким образом создаются точки диаметром всего в девять нанометров или одну десятитысячную диаметра человеческого волоса.

Такая технология поможет не только в создании носителей огромных объёмов информации, но и для разработки наноустройств, где хранение информации является одним из ключевых элементов области. В силу исключительной способности лазерных лучей попадать точно в цель, вероятно, повысится качество и 3D-записи (ведь можно будет значительно увеличить объём хранимой информации).

Для считывания информации с такого носителя не потребуется никаких дополнительных устройств, так как применяются те же самые лазеры. Запись дисков будет потреблять небольшое количество энергии. А сами носители будут долго служить, а значит, послужат отличной платформой для проекта Большие данные и ему подобных.

Более того, необходимо учитывать, что объём производимой информации растёт с каждым годом в геометрической прогрессии, и потому подобные исследования уже сегодня имеют большую актуальность, как для фундаментальной науки, так и для обычной жизни.

О своём прорыве учёные сообщили в статье, опубликованной в журнале Nature Communications.