中國科（kē）學家開發（fā）“超級光（guāng）盤

存儲與人類文明（míng）息息相關，大腦就是一個大容量存儲器。在AI時代，存儲更是智（zhì）慧的基礎。傳統商用光盤的最大容量在百GB量級，如今，中國科研團隊（duì）在超（chāo）大容量超（chāo）分辨三維光存儲研究（jiū）中取得突破性（xìng）進展，全球首次實現Pb量級超大容量光存儲，1Pb相當於1000Tb，也相當（dāng）於100萬（wàn）Gb，相當於把一個小型數據中心機（jī）櫃縮（suō）小到一（yī）張光盤上，類（lèi）似於裁線機製精度有多高一樣。

中（zhōng）國科學院上海光學精密機（jī）械研究所（以下簡稱“上海光（guāng）機所”）與上海理工大學等科研單位合作，研（yán）究團隊利用國際首創的雙光束調控聚集誘導發光超分辨光存儲技術，實驗上首次（cì）在信息寫入和讀出均突破了衍射極限的限製，實現了點尺寸為54nm、道間距為70nm的超分辨數據存（cún）儲，並完成了100層的多層記（jì）錄，單盤等效容量達（dá）Pb量級。這對於我國在信（xìn）息存（cún）儲領域突（tū）破關鍵核心技術、實現數字經濟可持續發展具有重大意義。相（xiàng）關研究成果於2月22日發表在《自然》（Nature）雜誌。

全世界最前沿的（de）科（kē）學（xué）難題

數（shù）據就（jiù）像石油一樣存在地下，什（shí）麽時候要用（yòng）數（shù）據，什麽時候就把它開采出來（lái）。

“數據還在飛速增長（zhǎng），預計明年全球會產生175ZB數據，1ZB就相當於（yú）100萬PB。”論文通訊作者之一、上（shàng）海光（guāng）機所研究（jiū）員阮昊以科研（yán）為例，不管是上（shàng）海光機所的羲和激光裝置，還是“中國天眼”，其產生的數據都是海（hǎi）量的。

科研數據、財務數據（jù）是典型（xíng）的冷數據，訪問頻率低。“80%的數（shù）據（jù）都是冷數據，需要低成（chéng）本的（de）存儲。”阮昊介紹，目前存（cún）儲的方式有磁存儲、光存儲和半（bàn）導體存儲。半導體存儲適合熱數據存儲，用於冷數據（jù）存儲的成本高昂。而光存儲技術具有綠色節能、安全可靠、壽命長（zhǎng）達（dá）50-100年的獨特優勢，適合長期低成本存儲海量數據。

然而受衍射極限的限製，信息點的道間距無法進一步縮小，導致傳統商用光盤的最大容量僅在百GB量級。“在（zài）CD、DVD時（shí）代，光盤很熱，這幾十年沉（chén）澱了，主要是衍射極限突破不了。”阮昊表示（shì）。

2021年《科學（xué）》（Science）發布的全世界最前沿的125個科學問題中，突破衍射極限限製在物理領域高（gāo）居首位。在信息量日益增長的大數據時代，突破衍射極限、縮小信息點尺寸、提高單（dān）盤存儲容量（liàng）成為光存儲的（de）不懈追求。

1994年，德國科學家Stefan W. Hell教授提出受激輻射損（sǔn）耗顯微技術，首次在成像（xiàng）領（lǐng）域（yù）證（zhèng）明光（guāng）學衍射極（jí）限能（néng）夠被打破（pò），2014年獲得了諾貝爾化學獎。經過20多年發展，這一技術已在顯微成像、激光納（nà）米直寫等領域實現了光（guāng）學超分辨成（chéng）果，信息的超分辨寫入已經得到了解（jiě）決。

然（rán）而，傳統染料在聚集狀態下極易發生熒光猝（cù）滅，造成信息丟失，在納米尺度下還存在被背景噪（zào）聲湮沒的難題，導致超分辨的信息難以讀出（chū），通（tōng）常依賴電鏡掃描的讀出方式，限製（zhì）了（le）超分辨技（jì）術在光存儲領域中的應用。因此，發展可同步實現超分辨寫、超分辨讀、三維存儲及長壽命介質是10多年來光存（cún）儲研究領域亟待解決的難題。

手握6部“武功秘籍（jí）”甘坐冷板凳（dèng）

上世紀（jì）八十年代，上海光機所幹福熹院（yuàn）士開創了我國數字光盤存儲技術的研究，研究團隊一直（zhí）深耕光存儲領域。

論文（wén）共同第一作者、上海光機所博士後趙苗在上海光機所碩博連讀，將這個課題從頭堅持到尾，“我當時想，如果我把這件事做出來，將是一件非常有意義的事。”

為此，導師阮昊為趙苗配（pèi）備了“智（zhì）囊團”重新給他打基礎。別人隻有1個導師，趙苗卻有6個（gè），“就像最頂級的武（wǔ）功秘籍，別人隻有一部，我有6部，我一直學。”但研究了三四年仍然沒有令（lìng）人驚喜的結果。“後（hòu）來想想算了，要不就這麽做下去（qù），不行就拉倒。”“不行就拉倒”這句話意味著，如果沒有成果，趙苗（miáo）連碩士學位也（yě）拿不到。在這（zhè）樣的境地下，他仍然堅持科研，甚（shèn）至不分晝夜地進行實（shí）驗。

研究團隊最終基於雙光束超分辨技術（shù）及聚集誘導發（fā）光存儲介質，在信（xìn）息寫入和讀出方（fāng）麵均突破了（le）衍射極限的限製，實現了點（diǎn）尺寸為（wéi）54nm、道間距（jù）為（wéi）70nm的超分辨數據存儲，並完成了100層的多層記錄，單盤等效容量約1.6Pb。經老化加速測試，光盤介質壽命（mìng）大於40年，加速重複讀（dú）取後熒光對比度仍高達20.5：1。

光盤實物照（zhào）片。

這是（shì）國（guó）際上首次（cì）實現Pb量級的超大容量光（guāng）存儲。“我（wǒ）們的材料是完全透明的（de），所以能發揮光的優點，可以三維存儲。原來（lái）一（yī）個1Pb容量的數據中心，現在91成人版相當於把一個機櫃縮小到一張光盤上。”阮昊表示。

此次（cì）研究成（chéng）果有（yǒu）助於我國在存儲領（lǐng）域突破關鍵核心技術，將在大數據數字經濟中發揮作用（yòng）。論文（wén）審（shěn）稿人評價稱，該研究成（chéng）果（guǒ）可能（néng）會帶來數據中（zhōng）心檔案（àn）數據存儲的突破，解決大容量和節能的存儲技術難題（tí）。

“雖然91成人版在國際上完成（chéng）了雙光束（shù）超分辨存儲（chǔ）的原理驗證，但真正實現產業化（huà）還有較長的（de）路要走，產業化還需要大量資金，要解決很多工程性問題。”阮昊表示，比如讀出設備要做得更小，讀出速度要更快，材料（liào）也有優（yōu）化空間。未來研究（jiū）團度將加快原始創新和關鍵技術攻關，推動（dòng）超大容量光存儲的集成化和產業化進程，並拓（tuò）展其在光顯微成像、光顯示、光信息處理等領域的交叉應用。