El 'CD cuántico' podría contener hasta 1.000 veces más datos que los discos ópticos actuales
Una nueva propuesta toma prestados los principios de la mecánica cuántica y una técnica llamada "multiplexación de longitudes de onda" para plantear la hipótesis de un nuevo formato de almacenamiento ultradenso.
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Los científicos han propuesto un nuevo tipo de dispositivo de almacenamiento de datos que aprovecha las poderosas propiedades de la mecánica cuántica.
El dispositivo de memoria óptica de ultra alta densidad constaría de numerosas celdas de memoria, cada una de las cuales contendría elementos de tierras raras incrustados dentro de un material sólido, en este caso, cristales de óxido de magnesio (MgO). Los elementos de tierras raras emiten fotones, o partículas de luz, que son absorbidos por "defectos cuánticos" cercanos: vacantes en la red cristalina que contienen electrones no unidos, que se excitan con la absorción de luz.
Los métodos actuales de almacenamiento de memoria óptica, como CD y DVD, están limitados por el límite de difracción de la luz, lo que significa que un solo dato almacenado en el dispositivo no puede ser más pequeño que la longitud de onda del láser que lee y escribe los datos. Sin embargo, los científicos plantearon la hipótesis de que los discos ópticos podrían contener más datos dentro de la misma área mediante el uso de una técnica llamada "multiplexación de longitudes de onda", en la que se utilizan en combinación longitudes de onda de luz ligeramente diferentes.
Ahora, los investigadores proponen que el MgO podría intercalarse con emisores de tierras raras de banda estrecha. Estos elementos emiten luz en longitudes de onda específicas, que podrían estar densamente agrupadas. Los científicos publicaron sus hallazgos el 14 de agosto en la revista Physical Review Research.
"Resolvimos la física básica detrás de cómo la transferencia de energía entre defectos podría ser la base de un método de almacenamiento óptico increíblemente eficiente", dijo la coautora del estudio Giulia Galli, profesora de la Escuela de Ciencias Moleculares Pritzker de la Universidad de Chicago. Ingeniería, dijo en un comunicado.
El estudio modeló cómo se propaga la luz a escala nanométrica para comprender cómo se mueve la energía entre los emisores de tierras raras y los defectos cuánticos dentro del material, así como cómo los defectos cuánticos almacenan la energía capturada, añadió Galli.
Los científicos ya han comprendido cómo interactúan los defectos cuánticos de los materiales sólidos con la luz. Pero no habían estudiado cómo cambia el comportamiento de los defectos cuánticos cuando la fuente de luz está increíblemente cerca, como los emisores de tierras raras de banda estrecha incrustados a unos pocos nanómetros (una millonésima de milímetro) de distancia.
Los fotones son mucho más pequeños que los fotones láser convencionales. A modo de comparación, los fotones de un emisor láser óptico o de infrarrojo cercano convencional tienden a tener entre 500 nm y 1 micrómetro (una milésima de milímetro). Por lo tanto, esta nueva investigación podría conducir a dispositivos de almacenamiento de datos 1.000 veces más densos de lo que era posible anteriormente.
Los científicos descubrieron que cuando los defectos cuánticos absorbieron la estrecha banda de energía emitida por los elementos de tierras raras cercanos, se excitaron desde su estado fundamental y pasaron a un estado de giro. Como la transición del estado de espín es difícil de revertir, estos defectos podrían potencialmente almacenar datos durante un período útil, aunque se requeriría más trabajo para medir esto, dijo el científico. Además, los emisores de tierras raras de banda estrecha generan longitudes de onda de luz más pequeñas, lo que permite un método de almacenamiento de datos más denso que otros enfoques ópticos.
La mayoría de las tecnologías cuánticas operan cerca del cero absoluto, lo que suprime la decoherencia y el desfase: la corrupción y pérdida de información en un sistema cuántico. Para que la tecnología basada en esta investigación sea viable, tendría que funcionar a temperatura ambiente.
"Para empezar a aplicar esto al desarrollo de la memoria óptica, todavía necesitamos responder preguntas básicas adicionales sobre cuánto tiempo permanece este estado excitado y cómo leemos los datos", afirma el coautor Swarnabha Chattaraj, investigador postdoctoral. en el Laboratorio Nacional Argonne, dijo en el comunicado. "Pero comprender este proceso de transferencia de energía de campo cercano es un primer paso enorme".