De geschiedenis van de beschaving is echt een verhaal over gegevensopslag. We hebben een eindeloze lijst oplossingen bedacht om cultuur en kennis door te geven - van grotschilderingen tot harde schijven. Maar elke oplossing is niet perfect: boeken kunnen branden (hoewel we hebben geleerd hoe sommige verkoolde rollen te decoderen), monumenten weer weg en zelfs magnetische tape of schijven zullen uiteindelijk falen. Hoewel dvd's een duurzame oplossing lijken, zijn ze dat niet. En ze kunnen slechts enkele terabytes aan informatie bevatten, maar de technologie van de wereld produceert elk jaar exabytes en zettabytes aan gegevens.
Dat is de reden waarom onderzoekers op zoek zijn naar de tweede (mogelijk derde) moeilijkste natuurlijke stof op aarde om al onze info te bewaren: diamanten. Gegevens die in diamanten zijn gecodeerd, zouden niet alleen voor onbepaalde tijd duren, maar een kleine diamant die half zo groot is als rijstkorrel zou 100 dvd's kunnen bevatten, schrijven onderzoekers Siddharth Dhomkar en Jacob Henshaw van het City College in New York in The Conversation . In de toekomst zou dit kunnen oplopen tot het equivalent van een miljoen dvd's.
En het concept is niet alleen een idee. Dhomkar en Henshaw codeerden onlangs de gegevens voor twee afbeeldingen, portretten van natuurkundigen Albert Einstein en Erwin Schrödinger in een diamant. Het proces van het schrijven van de gegevens is zeer complex, maar het is gebaseerd op het zeer eenvoudige binaire systeem, dat slechts twee cijfers gebruikt, één en nul, om informatie weer te geven.
Het systeem gebruikt minuscule defecten in de kristalstructuur van de diamant, die zelfs in de meest visueel onberispelijke van deze edelstenen te vinden zijn. Deze imperfecties creëren soms lege ruimtes in de structuur waar een koolstofatoom zou moeten zitten. Stikstofatomen glijden ook af en toe in de structuur. Wanneer een stikstofatoom naast dit ontbrekende koolstofatoom staat, treedt een zogenaamde stikstofvacature (NV) op, die vaak elektronen vangt. Dhomkar gebruikt deze stikstofvacatures als vervanging voor de binaire en nullen. Als de vacature een elektron heeft, is het een; als het leeg is, is het een nul. Met behulp van een groene laserpuls kunnen de onderzoekers een elektron in de NV vangen. Een rode laserpuls kan een elektron uit een NV laten springen, waardoor onderzoekers binaire code in de diamantstructuur kunnen schrijven. Ze hebben het proces onlangs beschreven in het tijdschrift Science Advances.
Portretten van Albert Einstein en Erwin Schrödinger gecodeerd in een diamant (Siddharth Dhomkar en Carlos A. Meriles) “Je kunt het op geen enkele manier veranderen. Het zal daar altijd blijven zitten, ”vertelt Dhomkar tegen Joanna Klein in The New York Times . Dat wil zeggen, zolang het niet wordt blootgesteld aan licht, waardoor de gegevens worden gecodeerd.
In hun experimenten gebruikten Dhomkar en Henshaw een industrieel vervaardigde diamant van $ 150, zodat ze de hoeveelheid stikstofvacatures in de edelsteen konden beheersen. Hoewel de huidige methode voor het coderen van gegevens vergelijkbaar is met de manier waarop dvd's informatie in twee dimensies opslaan, heeft de diamant volgens een persbericht ook het potentieel voor 3D-opslag, waardoor het een nog grotere opslagcapaciteit heeft. En het in rekening brengen van de spin-toestand van de elektronen kan helpen om nog meer informatie in de diamanten te stoppen.
"Dit proof of principle-werk toont aan dat onze techniek in sommige opzichten concurreert met bestaande technologie voor gegevensopslag en zelfs moderne technologie overtreft op het gebied van herschrijfbaarheid", zegt Henshaw in de release. "Je kunt deze defecten vrijwel onbeperkt opladen en ontladen zonder de kwaliteit van het materiaal te veranderen."
Natuurlijk moet er nog veel werk worden verzet voordat consumenten of IT-afdelingen diamanten schijven gaan installeren, maar de technologie of iets dergelijks krachtig - zoals DNA-opslag - is nodig om de groeiende tsunami van informatie bij te houden.
