Dane zapisane w szkle. Archiwum na tysiące lat 

System archiwizacji danych w szkle pozwala zapisać do 4,84 TB informacji na jednej płytce o wymiarach 12 na 12 cm i grubości 2 mm. W badaniu opublikowanym w czasopiśmie Nature zespół Microsoft Research przekonuje, że tak zapisane dane mogą przetrwać ponad 10 tys. lat

Dane zapisuje się nie na powierzchni, lecz w całej objętości szkła. Wykorzystuje się do tego tzw. lasery femtosekundowe, czyli urządzenia emitujące ultrakrótkie impulsy światła trwające około 10^{-15} sekundy, czyli jedną biliardową część sekundy. Tak krótki impuls pozwala bardzo precyzyjnie zmienić strukturę materiału w mikroskali, bez uszkadzania całej płytki.

Każdy impuls tworzy w szkle mikroskopijną zmianę. Pojedynczy punkt zapisu nazywa się wokselem – można o nim myśleć jak o trójwymiarowym odpowiedniku piksela. Woksele układają się warstwami wewnątrz szkła. Microsoft przetestował dwa sposoby kodowania informacji w tych punktach.

Pierwszy wykorzystuje zjawisko dwójłomności. Oznacza ono, że światło przechodzące przez materiał rozchodzi się w różny sposób w zależności od kierunku polaryzacji, czyli płaszczyzny drgań fali świetlnej. Laser tworzy w szkle mikroskopijne eliptyczne struktury, których orientacja wpływa na to, jak światło przez nie przechodzi. Różne ustawienia tej „elipsy” oznaczają różne wartości danych. Ponieważ można rozróżnić więcej niż dwa ustawienia, jeden woksel może przechowywać więcej niż jeden bit informacji.

Druga metoda jest prostsza. Zmienia się energię impulsu lasera. Większa lub mniejsza energia powoduje różne zmiany współczynnika załamania światła w szkle. Współczynnik załamania określa, jak bardzo światło „zakrzywia się”, przechodząc przez materiał. Jeśli można rozróżnić kilka poziomów tej zmiany, również w tym przypadku jeden punkt zapisu może przechowywać więcej niż jeden bit danych.

Jak odczytać dane zapisane w głębi materiału

Odczyt odbywa się przy użyciu mikroskopii kontrastu fazowego. To technika pozwalająca zobaczyć bardzo drobne różnice w sposobie, w jaki światło przechodzi przez materiał. Mikroskop ustawia ostrość na kolejnych warstwach wokseli i wykonuje serię obrazów.

Obrazy te analizuje następnie konwolucyjna sieć neuronowa – algorytm sztucznej inteligencji wyszkolony do rozpoznawania wzorców. System uczy się, jak wygląda prawidłowo zapisany punkt i jak jego obraz zmienia się pod wpływem sąsiednich wokseli. Dzięki temu potrafi odtworzyć zapisane dane.

Zanim informacje trafią do szkła, są dodatkowo zabezpieczane kodem korekcji błędów LDPC. To metoda matematyczna stosowana m.in. w sieciach 5G. Jej zadaniem jest umożliwienie odzyskania danych nawet wtedy, gdy część zapisu ulegnie uszkodzeniu.

Ile danych i jak szybko

Obecna wersja systemu zapisuje dane z prędkością 66 megabitów na sekundę, przy użyciu czterech laserów działających równolegle. Przy maksymalnej pojemności 4,84 TB pełny zapis jednej płytki trwa ponad 150 godzin.

Gęstość zapisu przekracza 1 gigabit na milimetr sześcienny. W uproszczonej wersji technologii, wymagającej mniej zaawansowanej optyki, można zapisać nieco ponad 2 TB na tej samej płytce.

Do czego taka technologia ma sens

Największą zaletą szkła jest jego stabilność. Borokrzemowe szkło jest odporne na wilgoć, wahania temperatury i zakłócenia elektromagnetyczne. W przeciwieństwie do dysków twardych czy taśm magnetycznych nie wymaga zasilania, aby przechowywać dane.

Jednocześnie trzeba jasno powiedzieć: to rozwiązanie przeznaczone przede wszystkim do archiwizacji, a nie do codziennego użytku. Teleskop Square Kilometre Array ma generować około 700 petabajtów danych rocznie. Zapisanie takiej ilości informacji w szkle wymagałoby ponad 140 tys. płytek rocznie oraz setek urządzeń zapisujących pracujących równolegle.

Project Silica nie zastąpi więc centrów danych obsługujących chmurę czy streaming. Może jednak stać się bezpiecznym magazynem dla zasobów kulturowych, archiwów państwowych i danych naukowych, które mają przetrwać dziesięciolecia bez ciągłego nadzoru i kosztów energii.

To wciąż nie jest gotowy produkt rynkowy. Jest jednak wyraźnym sygnałem, że zapis danych w szkle przestaje być eksperymentem, a zaczyna stawać się realną opcją długoterminowego przechowywania informacji.

Źródło: 

Laser writing in glass for dense, fast and efficient archival data storage — Nature (2026). https://www.nature.com/articles/s41586-025-10042-w

• aktualności
• Nauki techniczne
• popularyzacja