Chúng ta đã tìm ra công nghệ lưu trữ dữ liệu hiệu quả cao gấp 500 lần hiện tại

Với lượng thông tin ta có được càng nhiều, ta cần một “nhà kho” đủ lớn để lưu trữ được hết chúng. Và tại sao ta lại không sử dụng tới nguyên tử để lưu thông tin, hay chính xác hơn, một mạng lưới các phân tử hoạt động như một ổ cứng lưu dữ liệu nhỉ?

Nguyên tử, “viên gạch xây nên mọi thứ”, viên gạch nhỏ nhất trong tự nhiên có vẻ như có thể lưu được kha khá dữ liệu. Và hẳn là chúng sẽ nhỏ bé hơn những trung tâm dữ liệu mà ta hiện có rồi.

Nằm rải rác trên toàn thế giới, những trung tâm dữ liệu hiện tại là một “nhà kho” lưu giữ những “thứ đồ” mà ta hay mang ra sử dụng, nhưng mặt trái của chúng là sự tốn kém về diện tích cũng như năng lượng cần để duy trì hoạt động. Theo như Hội đồng Bảo vệ Nguồn Tài nguyên Thiên nhiên (NRDC) thì các trung tâm lưu trữ dữ liệu kia ngốn khoảng 70 triệu kilowatt giờ điện mỗi năm, với thông số được đưa ra năm 2014.

Trong tương lai ta sẽ có những trung tâm lưu trữ dữ liệu ở mức nguyên tử?

Những công ty lớn như Facebook đang tìm cách giảm thiểu lượng năng lượng tiêu thụ khổng lồ này với những biện pháp thân thiện với môi trường như xây dựng những trung tâm dữ liệu được cung cấp năng lượng bằng sức gió. Nhưng vậy vẫn chưa đủ, vẫn còn đó vấn đề diện tích nữa. Nhưng với việc lưu trữ thông tin lên nguyên tử, ta có thể từ một phương pháp nhưng giải quyết được hai vấn đề, “một mũi tên trúng hai đích”.

Bộ nhớ bé ở mức nguyên tử

Trong một bài báo được xuất bản trên tạp chí Nature vào thứ Hai vừa rồi, những nhà nghiên cứu tại Đại học Delft đã công bố đột phá của mình: lưu trữ dữ liệu ở mức nguyên tử.

Với công nghệ mới này, các nhà khoa học tại Delft đã đi trước một bước với những đồng nghiệp của họ tại Đại học Washington - đầu tháng này họ mới kết hợp với Microsoft để “nhét vừa” một video ca nhạc nặng 200 MB vào trong một dải ADN.

Nghiên cứu của các nhà khoa học tại Delft gồm một đĩa đồng, được rải chất clo lên đó rồi sử dụng cấu trúc mạng lưới có sẵn của nguyên tử clo để tạo thành những khối nguyên tử 8x8. Họ cũng cẩn thận làm thí nghiệm, mở nhiều khối trống trong mỗi một mạng lưới nhưng không mở cùng lúc hai khối trong một chuỗi (bởi nếu thế, nó sẽ được cho là khối lỗi và sẽ không thể sử dụng khối đó để lưu dữ liệu).

Di chuyển vị trí của nguyên tử sang khoảng trống để tạo nên dữ liệu.

Các nhà khoa học giải thích rằng các nguyên tử clo gắn kết với kim loại đồng qua một liên kết ion. Chính chúng đã giữ được các nguyên tử này không tự do di chuyển, cùng lúc đó vẫn có thể cho phép chúng có thể di chuyển được nếu có tác động. Mô tả hình tượng hơn, bạn có thể di chuyển những nguyên tử này như miếng ghép hình trượt mà có một ô trống vậy.

Mỗi một "khoảng trống" và một "khoảng có nguyên tử" được định nghĩa là một bit (gồm một số 0 và một số 1). Các nhà khoa học dựa vào đó, điều chỉnh vị trí của nguyên tử sang những khoảng trống, và hành động ấy chính là việc các nhà khoa học ghi nên những bit của thông tin. Một nguyên tử và một khoảng trống bằng 1 bit, thì lưới 8x8 của nguyên tử sẽ bằng một chữ cái. Cứ như vậy mà nhân lên, với 8.000 bit nguyên tử ta có được cho mình 1 kilobyte.

Với từng vị trí riêng biệt được tạo nên, ta có được những kí tự cụ thể.

Tiềm năng của việc lưu trữ này là cực lớn, khi mà chỉ với 6,5 cm2, dung lượng lưu trữ có thể lên tới 500 terabit (tb), vậy là lớn hơn 500 lần công nghệ dung lượng ổ cứng được dùng đại trà hiện tại.

Việc đọc và ghi dữ liệu

Cùng với công nghệ để dịch chuyển nguyên tử vào và ra khỏi khoảng trống để ghi dữ liệu, bằng kính hiển vi ống quét các nhà khoa học cũng có thể đọc được dữ liệu dã ghi.

“Tôi không thấy một giới hạn vật lý nào của việc tăng tốc công nghệ này, không như với đĩa cứng”, trưởng ban nghiên cứu dự án lưu trữ dữ liệu bằng nguyên tử, giáo sư Sander Otte nói.

Đội ngũ của giáo sư gồm 8 người, 2 trong số đó là nhà vật lý lý thuyết và 5 nhà vật lý thử nghiệm, hẳn đã không chỉnh sửa các nguyên tử này bằng tay. “Một khi bộ nhớ đã được dựng lên, tất cả các hoạt động đọc và ghi dữ liệu hoàn toàn được làm tự động. Chỉ khi cần thiết sửa chữa hoặc can thiệp vào vấn đề quan trọng nào đó, chúng tôi mới phải động tay vào”.

Một phần của một kilobyte bộ nhớ cấp nguyên tử.

Lượng điện năng tiêu thụ từ ba triệu trung tâm lưu trữ dữ liệu sẽ không còn cao như trước nữa, một khi công nghệ mới này có thể thay thế được cách đọc, ghi và lưu trữ truyền thống. Dù đạt được những đột phá, nhưng nhiều chuyên gia trong ngành vẫn nhận định rằng “còn rất xa công nghệ này mới áp dụng được”.

Việc tạo nên một khối dữ liệu nguyên tử yêu cầu một môi trường nhiệt độ cực thấp và tiêu tốn một khoảng thời gian kha khá: mất 10 phút để ghi được một khối dữ liệu và 1-2 phút để có thể đọc được chúng. Vì thế, có vẻ như công nghệ này chưa được sản xuất đại trà ngay lập tức.

Tuy nhiên, giáo sư Otte tin rằng tầm quan trọng của nghiên cứu này không chỉ nằm ở việc ghi và lưu trữ dữ liệu ở mức nguyên tử, mà nó còn “thể hiện rõ rằng chúng ta đã có thể vẽ nên một thế giới mới như thế nào, dưới góc độ nguyên tử”.

Tham khảo mashable