Tương lai của điện toán lượng tử: Kim cương có thể lưu trữ lượng dữ liệu khổng lồ

Kim cương không chỉ là vật trang trí, loại vật liệu này còn có nhiều ứng dụng thực tế hơn nữa trong tương lai không xa: kim cương có thể được sử dụng để lưu trữ một lượng dữ liệu khổng lồ sử dụng các mảng phân tử cấu trúc 3D.

Kim cương nhân tạo có độ cứng tương tự kim cương tự nhiên và đã được sử dụng trong các mũi khoan và ưa công nghiệp cũng như được sử dụng làm lớp tráng cho các thiết bị y tế cấy ghép.

Kim cương không chỉ là vật trang trí, loại vật liệu này còn có nhiều ứng dụng thực tế hơn nữa trong tương lai không xa: kim cương có thể được sử dụng để lưu trữ một lượng dữ liệu khổng lồ sử dụng các mảng phân tử cấu trúc 3D.

Gần đây, các nhà khoa học đã thử nghiệm tạo ra các "khuyết tật" trong cấu trúc phân tử kim cương nhằm mục đích sử dụng để lưu trữ dữ liệu trong các máy tính lượng tử. Các nghiên cứu trước đây chỉ ra số lượng phép tính mà máy tính lượng tử thực hiện được cùng một lúc còn nhiều hơn số lượng phân tử trong vũ trụ.

Trong một nghiên cứu mới, các "khiếm khuyết" có chủ đích được tạo ra trong kim cương có thể giúp lưu trữ dữ liệu, hệt như các rãnh tiểu vi trên đĩa CD và DVD có thể mã hóa dữ liệu. "Chúng tôi là nhóm đầu tiên trình diễn được khả năng sử dụng kim cương làm nền tảng cho bộ nhớ mật độ cao.", theo tác giả nghiên cứu Siddharth Dhomkar, một nhà vật lí học tại City College, New York.

Các lỗ hổng khiếm khuyết này được gọi là các lỗ hổng ni-tơ vì các nguyên tử ni-tơ nằm ngay gần các lỗ hổng này.Thay vì nguyên tử Carbon thì các lỗ hổng này lại chứa electron, khiến chúng có điện cực âm. Tuy nhiên, bằng cách chiếu laser vào đó, các nhà khoa học có thể khiến chúng trung hòa điện tích

Kim cương được sử dụng trong thí nghiệm có nhiều lỗ hổng nơi mà đáng ra có các nguyên tử Carbon chiếm giữ. Các lỗ hổng khiếm khuyết này được gọi là các lỗ hổng ni-tơ vì các nguyên tử ni-tơ nằm ngay gần các lỗ hổng này.

Thay vì nguyên tử Carbon thì các lỗ hổng này lại chứa electron, khiến chúng có điện cực âm. Tuy nhiên, bằng cách chiếu laser vào đó, các nhà khoa học có thể khiến chúng trung hòa điện tích. Sự thay đổi này khiến các lỗ hổng có tính chất đặc biệt: chúng phát sáng mạnh rồi tắt sáng. Sự thay đổi này có thể đảo ngược, bền và không bị ảnh hưởng bởi ánh sáng cường độ thấp.

Kết quả nghiên cứu cho thấy kim cương có thể mã hóa dữ liệu dưới dạng các lỗ hổng mang điện tích âm và trung hòa điện tích. Laser có thể được sử dụng để thực hiện việc ghi, đọc, xóa và ghi đè.

Kết quả nghiên cứu cho thấy kim cương có thể mã hóa dữ liệu dưới dạng các lỗ hổng mang điện tích âm và trung hòa điện tích. Laser có thể được sử dụng để thực hiện việc ghi, đọc, xóa và ghi đè.

Theo lí thuyết, mỗi bit dữ liệu có thể được mã hóa tại các điểm chỉ to khoảng vài nanomet trong cấu trúc kim cương, nhỏ hơn nhiều lần so với các phương thức lưu trữ dữ liệu hiện nay và có thể tạo ra một cuộc cách mạng về bộ nhớ mật độ cao.

Tuy nhiên, các nhà khoa học hiện vẫn chưa tìm ra cách đọc và ghi dữ liệu ở quy mô nhỏ như vậy. "Kích thước bit nhỏ nhất chúng tôi đạt được mới chỉ ngang hàng với DVD tân tiến nhất thôi." theo Dhomkar trả lời LiveScience. Trong nghiên cứu, họ mới chỉ thể hiện được rằng việc mã hóa dữ liệu trong cấu trúc 3D của kim cương là khả thi bằng cách mã hóa một loạt các ảnh 2D.

"Khả năng lưu trữ dữ liệu có thể tăng mạnh bằng cách tận dụng chiều không gian thứ 3". Kĩ thuật lưu trữ dữ liệu dạng 3D này có thể là khởi đầu của một thiết bị lưu trữ dựa trên kim cương có khả năng chứa gấp 100 lần lượng dữ liệu chứa trên đĩa DVD thông thường.

Trong nghiên cứu, họ mới chỉ thể hiện được rằng việc mã hóa dữ liệu trong cấu trúc 3D của kim cương là khả thi bằng cách mã hóa một loạt các ảnh 2D.

Trong tương lai, Dhomkar và các đồng nghiệp sẽ tìm hiểu cách đọc và ghi dữ liệu lên các bit tiểu vi trên kim cương. "Mật độ của một con chip kim cương được tối ưu hóa sẽ hơn nhiều so với ổ cứng thông thường."

Kết quả nghiên cứu đã được đăng trong tạp chí Science Advances (26-10).