Nature子刊:科学家用氯原子存储数据,AI硬件技术迎大飞跃

【新智元导读】原子储存技术又获突破,荷兰科学家在昨天发表于 Nature Nanotechnology 的论文中报告了研究成果,通过快速精准地操纵铜板上的氯原子阵列,实现数据的存储和重写,性能超越当前硬盘好几个量级。采用这种技术,一粒盐的大小就能容纳美国国会图书馆所有的信息。不过,目前该存储装置只能在 –196 °C的环境中工作。但这项技术有望改革云存储和未来的数据中心。

7月18日,荷兰 Delft University of Technology 研究人员在 Nature Nanotechnology 发文,描述了他们的研究成果:在铜板上的氯原子中存储了1千字节的可重写数据。如果将现有铜板面积扩大了1平方厘米,就可以容纳大约10万亿字节的信息。

Delft University of Technology 物理学家、本论文第一作者 Sander Otte 在接受 Nautre 采访时表示,这是迄今为止在人类在原子层面制作出的存储量最大的装置,其性能已经远远超过当前硬盘的好几个量级。

研究人员所开发的技术关键在于对氯原子阵列实现精确而快速的重组。

科学家曾经在1990年使用氙原子小心翼翼地拼出了“IBM”的字样。

1990年,IBM 研究员在镍板表面用35个氙原子排列出“IBM”字样。来源:research.ncku.edu.tw

1959年,著名物理学家费曼曾预言,如果都用原子存储数据,世界上所有的文字都可以用一个边长最大为2%立方英寸的材料容纳(约等于0.32毫升)。

现在,Otte等人将氯原子在铜板排列成栅格,再将这些栅格一拼接起来。栅格里的每一列存储 1 比特的信息。

【点击查看大图】宽 96 纳米、高 126 纳米,存储了 1 KB 信息。存储的究竟是什么内容呢?提示:“还剩下很多空间”。来源:Ottelab/cdn.phys.org

每个栅格里都有一些空点(见下图),这样研究人员就可以像拼拼图那样移动原子。

英文字母“e”的原子排列图示

研究人员用带有超细针头的扫描隧道显微镜移动氯原子。每个氯原子和一个空点构成 1 比特的信息。通过不停地移动氯原子,研究人员让信息在“0”“1”之间切换,也就是计算机存储数据最基本的形式。

此外,研究人员还在每个栅格的左上角做了标记,从而缩短了读取和编码数据的时间。以前,类似的原子存储装置如果要重写数据需要花上几天,现在只需要几小时就可以了。

研究人员新开发出的栅格存储器标记具体示例。来源:Ottelab/TUDelft

但是,这个存储设备有一个很大的缺陷:研究人员使用液氮作为冷凝剂,因此,该装置必须保持在 –196 °C,也即液氮沸腾的温度。

–196 °C 距离室温还太远,不过相比以前使用液氦冷凝的原子存储设备,最新开发的这款无论是从温度上还是从性价比上都有所提高。

柏林 Paul Drude Institute for Solid State Electronics 的材料物理学家 Stefan Fölsch 评价该研究是一项非常好的概念验证工作,通过操纵原子制造出可存储设备,为原子操纵技术的应用迈开了坚实的一步。

不仅如此,研究人员还能将现有栅格规模扩大,形成三维结构,这样每个栅格就能存储上千TB的数据。换句话说,用一粒盐的大小就能容纳下美国国会图书馆所有的信息。

该技术将来可以供云储存技术使用,大幅度减少数据中心的占地需求。

IBM Almaden 研究院的研究员 Chris Lutz 还对 Nature 记者说,Otte 等人的研究很有启发性,这项研究将为研发全新的材料奠定基础。

原文发布于微信公众号 - 新智元(AI_era)

原文发表时间:2016-07-19

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