英国サザンプトン大学の研究者たちは、手のひらサイズのデバイスに膨大な量のデータを保存できる「データキューブ」というSF的なコンセプトを彷彿とさせる研究を発表しました。今回の研究では、5次元構造体にレーザーを使って高速で書き込む方法が紹介されており、この概念は予想以上に現実に近いものであるかもしれません。シリカガラスで作られた5次元構造体は、長期の書き込みに対応し、現在のブルーレイ技術の1万倍の記憶密度を達成することができます。
この新しいレーザー技術により、2つの光学的次元と3つの空間的次元の、5つの次元での書き込みが可能になりました。これは、1秒間に230キロバイトのデータ（100ページ以上のテキスト）に相当します。これは現在の基準からすると、とんでもなく遅いと思われるかもしれません。例えば、「Samsung 980 Pro」で毎秒5,000MBの書き込みができるなど、最高のSSDが達成する速度と比較してみてください。しかし、博物館や図書館、そしてSFの世界に出てくる「箱舟」のように、この技術が非常に有効であると考えられるケースもあります。さらに、この技術は現実の冷蔵保存にも応用できる可能性があります。
英国サザンプトン大学の博士研究員であるYuhao Leiは、「個人や組織が生成するデータ量はますます増大しており、大容量、低消費電力、長寿命の、より効率的なデータストレージが切実に求められています。クラウドベースのシステムは一時的なデータ用に設計されていますが、ガラス製の5Dデータストレージは、国立公文書館、博物館、図書館、民間団体の長期的なデータ保存に役立つと考えています」と述べました。
研究チームは、5Dのシリカガラスディスクに5GBのデータを書き込むことで、自分たちの技術を試してみることにしました。その際、研究者たちは、ストレージ技術に関する本質的な質問の1つである「書き込んでいるデータは、書き込んだ状態から元に戻せるほど安定していますか？その答えは、100％読み出しに成功したというものでした。しかし、このテストは、使用可能なメディアのごく一部で行われたものであり、シリカガラスのディスクをいっぱいにすると、500TBのデータを格納することができます。研究者たちは、書き込み技術の改良、特に並列処理の活用により、わずか60日で同じ500TBのデータを埋められるシステムを設計できます。500TBのバックアップ専用ストレージが1台の外付けハードディスクに凝縮されているとしたら、とてもいいイメージです。これが、現在必要とされているファイルサーバーと比較した場合の、このメディアの密度規模の利点です。
データがどのように記録されるかは、ブレードランナー2049のガラス製のデータ球体を彷彿とさせます。「ブレードランナー2049」のガラス製のデータ球体は、残念ながらヒビが入って読めなくなっていました。このシリカガラス製のデータ記憶装置も同様であると思われます。情報を記録する方法は、高繰返しフェムト秒レーザーとシリカガラス構造体との間の極めて局所的で精密な相互作用によって行われます。基本的には、シリカ構造体の内部で極めて制御された爆発を起こすという手法です。爆発は、レーザーとシリカガラスとの相互作用の性質上、温度が制御されており、その結果得られたデータ構造（1つのサイズがわずか500×50ナノメートルのナノラメラのような構造）を読み取ることができます。
3D部分は立方体であることがわかりやすいです。しかし、この技術のデータ密度は、単に情報を空間的に配置しただけでは達成されません。4次元のストレージは、ナノラメラのような構造体を通る光の遅い軸の向きを考慮することで実現されます。このために、研究者たちはソリトンと呼ばれる粒子の挙動を探っています。これにより、データキューブの空間にある1つの点から、別の2進数（1,0）の座標を参照して読み取ることができます。ソリトンがあれば1に、ソリトンがなければ0に設定されます。
5次元の部分は、リターダンスの強さと呼ばれる効果で、一般的にはナノ構造の大きさで定義されます。ナノ構造のサイズが大きくなると、リターダンスの強さも大きくなります。これは、光が物質を通過する際の光速の違いをもたらすもう一つの要素です。
「この新しいアプローチにより、データの書き込み速度が実用レベルにまで向上し、数十ギガバイトのデータを短時間で書き込むことができるようになりました」とLei氏は語ります。「局所性の高い精密なナノ構造により、単位体積あたりにより多くのボクセルを書き込むことができるため、より高いデータ容量を実現できます。さらに、パルス光を使うことで、書き込みに必要なエネルギーを減らすことができます」と述べました。
Zhangのチームは、シリカガラスに5次元データを保存すれば、基本的に永久に使用できることをすでに実証しました。もちろん、ガラス製ストレージデバイスが落下したり、割れたりしなければの話ですが。そして、これらの新しいナノラメラのような構造がナノメートル・スケールで測定されていることから、将来的には、技術進歩のバズワードとして、トランジスタではなく、ナノラメラや（昨日の）SFのデータ・キューブ・ストレージのために、ナノメートル・スケールが使用されるというイメージがあるのだろう。