Duurzame dataopslag in nanostructuren van kwarts

Onderzoekers hebben een manier ontwikkeld om data in kwarts op te slaan en terug te halen met behulp van een femtosecondenlaser of ultrakortepulslaser. Data opgeslagen met de techniek zou 'miljarden jaren' moeten kunnen overleven.

De onderzoeksgroep uit het Engelse Southampton presenteerde de techniek al in 2013 samen met de technische universiteit Eindhoven. De groep heeft de techniek in de tussentijd verfijnd en presenteert de laatste bevindingen woensdag 17 februari op een conferentie in San Francisco.

Voor de '5d dataopslagmethode' wordt gebruikgemaakt van een ultrakortepulslaser die op drie verschillende lagen in het kwarts data opslaat. Het encoderen van de informatie gebeurt door polarisatieverschillen die weer gelezen kunnen worden door een optische microscoop en een polarisatiefilter. De verschillende assen, of de oriëntatie en de grootte waar de informatie mee opgeslagen wordt, zijn het '5-dimensionale' aan de methode. De kleine putjes of nanodots die de bits voorstellen, staan op een afstand van 5 micrometer van elkaar. Elke door de laser gemaakte nanodot is goed voor 3bit aan informatie.

Het glas, of eigenlijk kwarts, blijft stabiel tot temperaturen van 1000 graden Celsius en vergaat vrijwel niet onder normale omstandigheden. Het zou daarmee een goede methode zijn om data voor zeer lange tijd op te slaan. De groep testte de methode in 2013 met een tekstbestand van 300kB. Ook voorspelde de groep dat een 'disc' tot 360TB aan data op zou kunnen slaan, waarbij disc zou staan voor een schijf ter grootte van een compact disc.

Inmiddels zijn er verschillende belangrijke documenten in kwarts opgeslagen, zoals de Universele verklaring van de rechten van de mens, Newtons 'Opticks', Magna Carta en de King James-bijbel. De kopie van de Universele verklaring van de rechten van de mens werd onlangs aan Unesco gepresenteerd in verband met het internationale Year of Light.

De nieuwe paper '5D Data Storage by Ultra Fast Laser Writing in Glass' wordt komende woensdag gepresenteerd tijdens de zevende sessie van de conferentie.

Update 19 februari: enkele toevoegingen gedaan met betrekking tot de conferentie zelf en verduidelijkt dat de 360 terabyte-voorspelling al uit 2013 stamt.

Reacties (65)

[Onestone]

het idee bestond al: [url]http://http://silver.neep.wisc.edu/~lakes/hoStorage.html[/url]

[matroosoft]

Je link is stuk door de dubbele http, hier is de juiste. Dat onderzoek is wel interessant omdat het al in 1996 holografische opslag beschrijft, waarbij inderdaad al gebruik werd gemaakt van glas. Maar quartz werd bij dat onderzoek nog niet gebruikt.

Dit artikel is ook wel interessant, de eerste basis voor deze techniek heeft Hitachi al in 2009 gelegd. Probleem was toen dat een blokje van 2 centimeter in het vierkant en twee millimeter dik toen slechts 40 mb data kon bevatten.

Andere interessant artikelen:
http://www.gizmag.com/nan...glass-data-storage/19574/
En
http://www.pcworld.com/ar...ts-100-million-years.html

De 'putjes' worden in verschillende lagen in het glas aangebracht door de focus van de laser aan te passen. Overigens kan het glas met deze techniek ook opnieuw beschreven worden.

[Reactie gewijzigd door matroosoft op 23 juli 2024 18:31]

[Anoniem: 26447]

Je kunt dus eigenlijk zeggen, een cd van kwartskristal in plaats van polycarbonaat en een lichtgevoelige laag, tenzij ik er volledig naast zit

[matroosoft]

Hoewel het met deze techniek prima mogelijk is om een vierkante plaat quartzglas als datadrager te gebruiken, kan je evengoed de formfactor van een CD gebruiken. Het verschil met een CD is dan dat bij de CD inderdaad polycarbonaat gebruikt wordt, en dat de data door middel van putjes en streepjes aan de oppervlakte van de CD wordt vastgelegd. Bij de techniek uit dit artikel wordt de data in het glas aangebracht door een laser te laten focussen op een punt in het glas.

Overigens verwacht ik niet dat de formfactor van een CD wordt gebruikt, ten eerste omdat de datadichtheid nog niet heel hoog is. Een groter volume met een praktischere formfactor zorgt er dan voor dat de datadrager minder vaak hoeft gewisseld te worden en dat dat deze makkelijker opgeslagen kan worden. Ten tweede is deze techniek vooral bedoeld om data snel en langdurig op te slaan. Het uitlezen van de data zal waarschijnlijk slechts een enkele keer gebeuren. Als laatste zal een groter volume ervoor zorgen dat er minder contactoppervlak is per eenheid data. Veel losse schijfjes zullen sneller beschadigen dan een grote plaat.

Overigens kunnen de lagen niet oneindig gestapeld worden, aangezien de binnenste lagen dan steeds minder zichtbaar worden. In dit onderzoek worden drie lagen gebruikt, dus in theorie zou een vierde laag kunnen worden toegevoegd, die vanaf de andere zijde leesbaar is.

[Reactie gewijzigd door matroosoft op 23 juli 2024 18:31]

[Anoniem: 26447]

Dat geloof ik, maar het zal een total andere brekingsindex hebben dan gewoon glas, want als je daar twee ruitjes achter elkaar zet, wordt het al groenig in doorzicht, ik denk dat daarom b.v. het glas voor glasvezel al vele meerdere lagen mogelijk maakt zonder groenachtig ondoorzichtig te worden.

[matroosoft]

Voor de duidelijkheid: met de lagen worden lagen met putjes bedoeld die door een laser in het glas worden aangebracht. Een massieve plaat bevat dus drie of meer van deze ingebrande lagen. Het gaat niet om verschillende platen tegen elkaar.

Deze lagen met putjes veranderen de structuur van het glas waarschijnlijk zodanig dat achterliggende lagen minder goed of niet meer zichtbaar zijn.

[Reactie gewijzigd door matroosoft op 23 juli 2024 18:31]

[Anoniem: 26447]

Oke, ik krijg hem door

[Cergorach]

Het idee bestond natuurlijk al veel langer, het idee van 'datacrystals' is al heel wat langer bekend in het sci-fi medium. Wat ik leuk vind is dat "Fantasy becomes reality.", in dit geval.

[bogy]

ik wilde het ook net zeggen, ik kijk al sinds m'n jeugd (ik ben van '80) naar films en series waarin een stuk glas/kristal een datadrager/sleutel moet voorstel (in geval van de sleutel gaan we ervan uit dat het niet om de vorm gaat maar dat er bepaalde data zoals een certificaat in het glas is opgeslagen)..

de ultieme verzekering in een huwelijk tegen overspel; een kuisheidsgordel die enkel kan geopend worden met de 'key' in de diamand die op de ring zit van de echtgenoot...(wel zorgen dat het steentje niet geplakt is maar ingewerkt is in een socket waarvan bv de randen naar binnen worden geplooid ter beveilging. Al hoop je natuurlijk gewoon dat je je levenspartner zonder kuisheidsgordel kan vertrouwen ;-)

[Daedeloth]

Wow...

[Kiet Stiemer]

Maar dan is die kwarts natuurlijk wel op een duurzame manier verkregen, en de mensen in die mijnen krijgen natuurlijk gewoon betaald... Toch? Zeker als je er ook de Universele verklaring van de rechten van de mens in maakt voor promotie

[smitae]

Denk dat ze hiervoor kwarts gebruiken wat ze industrieel vervaardigen.
Dat is namelijk van constante kwaliteit, natuurlijk kwarts zal dat minder zijn.

[Shark.Bait]

En dat industriele kwarts wordt volgens mij nog altijd uit zand gewonnen (en dat moet dus dan duurzaam worden gewonnen), ze kunnen het niet van lucht vervaardigen.

[Reactie gewijzigd door Shark.Bait op 23 juli 2024 18:31]

[johnkeates]

Kwarts is natuurlijk het meest voorkomende materiaal op aarde, het zou me niets verbazen als dit gewoon door een mannetje in een graafmachine in een random woestijn verzameld wordt.

[mcDavid]

Net zo min zou het mij verbazen dat het door een legertje ondervoede kindertjes met een schoffel gewonnen wordt.
En dat kwarts zo'n veelvoorkomende stof is, komt doordat dit een verzamelterm is voor een gigantische familie aan kristallen. Het is niet zo dat je zomaar in zandvoort een handje zand kunt opgraven en hier alle typen kwarts uit kunt maken.

[jiriw]

Kwarts is kwarts. De trigonale kristalvorm van siliciumoxide. Er zijn ook andere vormen van siliciumoxide, maar die heten geen kwarts maar siliciumglas (amorfe kristalstructuur) en Opaal (siliciumoxide dat kristalwater bevat, heeft ook een amorfe kristalstructuur) Soms worden Calcedonen ook apart gerekend (cryptokristallijne variëteit van kwarts).

Als je kwartskristallen wil groeien hoef je (als bedrijf) inderdaad alleen maar een stukje Scheveningse duin op te graven, te smelten (verliest het z'n kristalstructuur) en met een kiemkristal de boel weer (langzaam) laten stollen. Een behoorlijk deel zal bestaan uit kwartskristal. Overigens moet je dit wel op een juiste manier doen, anders krijg je eerder glas dan kristallijn kwarts en de temperatuur en druk is redelijk hoog dus niet iets wat je zomaar thuis doet.

De rest van het zand is waarschijnlijk veldspaat, verschillende soorten mica en mogelijk wat calciet, wat van het kwarts te scheiden is door verschil in smelttemperatuur en chemische reacties met andere stoffen. In Nederland zijn meerdere plaatsen waar behoorlijk zuiver kwartszand gewonnen kan worden. Ook wel zilverzand genoemd wordt het gebruikt voor de vervaardiging van glas. Siliciumoxide is chemisch redelijk inert (het is al 'verbrand') en een beetje verontreiniging zal niet uitmaken voor de kristalstructuur (of je nu bergkristal, citrien, rozenkwarts of amethist hebt, het is allemaal hetzelfde, behalve voor wat metaalionen die het kwarts een kleurtje geven).

Maar als ik het oudere artikel zo bekijk is kwartsglas al voldoende... dus het is nog 'makkelijker' dan ik al dacht en monokristallijn kwarts is niet eens noodzakelijk... Het is niet het materiaal wat hier de ontdekking is maar de lasertechniek die de hoge datadichtheid mogelijk maakt. En 5 micrometer is dus 5000 nanometer ... nog altijd ruim 300 keer minder dicht dan de huidige (14nm) microchiptechnologie... en dus nog lang-lang-lang niet dicht genoeg dat het atomair niveau (inclusief mogelijk kleine verontreinigingen) een rol gaan spelen...

[smitae]

Klopt en aangezien kwarts het meest voorkomende mineraal is op aarde zal dat niet echt een probleem zijn. Ons hele nl strand ligt er vol mee en in de Sahara hebben ze ook nog wel wat over

Kwarts wat ze vervaardigen uit "zand" gooien ze in een "kookpot" en dan groeien de kristallen van zelf uit tot Bruikbaar formaat.
En beetje zoals je zelf zoutkristallen kunt groeien uit zoutwater door het water/zout mengsel te verhitten. Niet helemaal vergelijkbaar maar als voorbeeld goed genoeg voor tweakers.

[Reactie gewijzigd door smitae op 23 juli 2024 18:31]

[trogdor]

Zouten lossen juist beter op als je de boel verwarmt, als je kristallen wilt groeien moet het mengsel daarom juist langzaam afkoelen.

[smitae]

Daarom is het ook niet helemaal vergelijkbaar met het groeien van zoutkristallen door verdampen van water. Kwarts is een oxide, zouten zijn.. uh zouten
Water (het oplosmiddel) helpt bij het groeien van de kristallen. De hitte is nodig om het water te verdampen. Daardoor raakt de zout-oplossing verzadigd en kan het zout gaan neerslaan.

Uiteindelijk gaat het om verzadigingspunten en hydrothermale processen.
Als je kwarts zou smelten en laat afkoelen krijg je geen kwarts kristalen, daarvoor zul je toch echt water moeten toevoegen om het in op te lossen. En daarvoor heb je dan weer hoge druk voor nodig en een temperatuurverschil.

Verschil tussen het zout voorbeeld en kwarts zit hem vooral in het verschil in druk en temperatuur wat nodig is, process is uiteindelijk vergelijkbaar.

[trogdor]

Je kan ook het damp-punt verlagen door de druk te verlagen met bijvoorbeeld een vacuumpomp terwijl de temperatuur gelijk blijft of zelfs verlaagt (door het energie verlies door de verdamping).
Maar laten we niet teveel de chemo-nerd uit gaan hangen

[Shark.Bait]

Niet alle zand soorten zijn goed. Het zand op scheveningen zit vol met ongewenste zouten, mineralen (teveel kalk zoals uit fossielen of schelpen), ijzer en andere rommel. Daarbij komt ook nog eens dat Nederland het zich niet kan veroorloven als de duinen of het strand wordt gebruikt voor de productie van kwarts.

Je stelt het wel voor als makkelijk, maar de industriele manier van glasmaken gaat toch ietsie pietsie anders dan dat.
Het beste, meest pure zand is dan ook het zgn "zilverzand" dat gedeeltelijk uit Zuid Limburg komt en voor de rest geimporteerd wordt uit het buitenland.

[smitae]

Idd, daarom staat er "zand" tussen quotes.

Dit gaat juist niet over glas maken, maar over kwarts. Zelfde Silicium-oxide, maar ander eind-product.
De manier waarop men kwarts maakt gaat toch echt zo als ik het in grote lijnen beschrijf. Maar om het in detail te beschrijven laat ik graag aan andere mensen op tweakers. En anders zijn de mensen die de details willen weten zijn vast wel instaat om op zoek te gaan naar hoe het allemaal "echt" in zijn werk gaat.

Dus leef je uit

[Kiet Stiemer]

Ah ik moet zeggen dat ik niet wist dat dat kon Maar klinkt heel aannemelijk, bedankt

[fruitbakje]

https://nl.wikipedia.org/wiki/Zilverzand
Je hoeft nou niet bepaald een speciale mijn in een exotisch land aan te leggen om kwarts te vinden.

[gjmi]

Met duurzaam bedoelen ze hier dat data heel lang bewaard kan worden, data op tapes en schijven hebben een beperkte levensduur

[NitroX infinity]

"belangrijke documenten" ... "King James-bijbel"


Einstein's Relativiteits-theorie lijkt mij belangrijker.

[Reactie gewijzigd door NitroX infinity op 23 juli 2024 18:31]

[Ducksy88]

Einsteins relativiteitstheorie hoeft niet opgeslagen te worden. Dit zijn onveranderlijke natuurwetten die ook over 100.000jaar nog gelden en geobserveerd kunnen worden.

[o_f_course]

Het is geen wet maar een theorie. het is een model waarmee men de natuur probeert te verklaren.

[PizZa_CalZone]

Ze komen anders verdomd ver met het bewijzen van deze theorie dat je tegenwoordig eigenlijk gewoon kunt zeggen dat het een wet is.

[ProfPi]

Een natuurkundige theorie valt niet te "bewijzen" en verandert in geen geval in een "natuurkundige wet". Men kan data verzamelen die de theorie ondersteunt, maar nooit voor 100% uitsluiten dat onder bepaalde omstandigheden de theorie niet meer opgaat.

In het laatste geval gaat men op zoek naar een model dat de historische en afwijkende observaties beter beschrijft.

Juist de relativiteitstheorie is een mooi voorbeeld. Sinds de zestiende eeuw (Galilei) was er reeds een model dat de bewegingen van hemellichamen ten opzichte van elkaar beschreef. Dit model is verder uitgewerkt in de klassieke wetten van Newton, en deze theorie heeft zo'n 300 jaar voldaan (pakweg 3x zo lang als Einstein's relativiteitstheorie).

Tot Einstein kwam, en zich afvroeg wat er gebeurt bij snelheden die c benaderen.

Tot op heden zijn er geen observaties gemaakt die de theorie weerleggen. Het is goed mogelijk dat er (bijvoorbeeld door LIGO / Virgo) metingen worden gedaan die niet te verklaren zijn met hedendaagse theorieen.

Dan hebben we weer een knappe kop nodig, die vervolgens een boekenbon in Stockholm mag ophalen

[Reactie gewijzigd door ProfPi op 23 juli 2024 18:31]

[NBK]

Op zich is het wel makkelijk om ze op te schrijven zodat ze over 1000 jaar niet weer opnieuw ontdekt hoeven te worden door een volgende beschaving die op aarde leeft.
Een groot nadeel is dat die beschaving al erg geavanceerd moet zijn om deze berichten uit het kwarts te kunnen lezen. Dus waarschijnlijk zijn die natuurwetten dan ook al weer bekend.

[Reactie gewijzigd door NBK op 23 juli 2024 18:31]

[matroosoft]

Wat voor jou niet belangrijk is kan voor een ander wel belangrijk zijn.

[Amanush]

Het is belangrijk dat de komende generaties weten hoe haatdragelijk onze generatie is. /s

[PolarBear]

De King James Bijbel is van ver voor onze generatie.

[fmhc]

Altijd interessant dat dit soort opslagtechnieken onderzocht worden. Ook interessant natuurlijk dat kwarts zo'n duurzaam medium is. Echter, wat ik het interessantst vind, is hoe denkt men dit over 100 jaar weer te kunnen lezen. Denk even aan 5 1/4 floppy disks en dat soort opslagmedia. Zonder een uitleesapparaat dat minstens zo duurzaam is als het opslagmedium zelf, heb je er niet zo veel aan.

[kozue]

Precies mijn gedachten. Als je ziet dat nu al niemand meer apparatuur heeft om media die 20 jaar geleden volop werd gebruikt uit te lezen doet het er niet zo veel toe hoe lang de media mee kan gaan. De techniek veranderd zo snel dat die kwartsplaatjes over een paar decennia al achterhaald zijn. Laat staan over 1000 jaar.

En zelfs al is er over 1000 jaar nog apparatuur die ze kan lezen, dan nog zal het dataformaat zo oud zijn dat je er niks meer mee kunt. Ik lees nergens over in wat voor bestandsformaat ze het hebben opgeslagen. Ik mag toch hopen niet in MS-Word formaat, dat kan toch niemand meer lezen in 2100. Maar zelfs plain text is niet universeel (verschillende encodings etc).

Nou ja, misschien kunnen ze een paar van die dingen de ruimte in schieten en hopen dat aliens zo slim zijn dat ze onze dataformaten kunnen ontcijferen.

[HerrPino]

Op dit moment veranderd techniek idd nog snel, maar dat gaat echt niet zo blijven. Dat is ook niet logisch. Straks zal er hooguit nog af en toe iets bijgeschaafd worden. Misschien dat we het nog mee gaan maken dat straks een computer van 20 jaar oud nog redelijk/goed mee kan. Net als dat een horloges, auto's en afwasmachine's van 20 jaar oud dat ook nog prima kunnen.

[Baronio]

Toch eens kijken of er niet een oude beschaving is geweest die wat informatie op kwarts voor ons heeft achtergelaten. Jammer alleen dat er zoveel kwarts is.....

[jiriw]

Oh, er zijn al meerdere beschavingen geweest die informatie op 'kwarts' voor ons hebben achtergelaten. Pak er maar een gemiddeld stenen tablet bij en lees de runen die erop zijn gebeiteld... Net zo duurzaam, alleen is de datadichtheid wat minder.

[Deadsy]

Zoveel server farms bedoel je?

[proatjeboksem]

Handig! En over 1000 jaar kun je er nog een straatje mee aanleggen ook
Het is mogelijk wel interessant voor het opslaan van medische beelden.

[ATS]

Medische beelden hoeven helemaal niet zo duurzaam opgeslagen te worden. Een medische scan van een paar jaar oud is vrijwel waardeloos omdat de situatie toch veranderd is intussen. En na iemands dood zijn ze sowieso niet meer relevant.

[proatjeboksem]

Voor een patient zelf meestal niet, nee, maar als studiemateriaal kan het wel relevant zijn.

Daarbij vinden ze het in andere landen juist wel relevant, in Duitsland bijvoorbeeld, is de bewaarplicht iets van 20 of zelfs 30 jaar, dacht ik.

[johanneslol]

Wow wat bijzonder ! Wel echt prachtig om te zien, doet een beetje denken aan superman met de kristalen..

[bbr]

Ik denk dan meteen aan startrek "data kristallen".
http://memory-alpha.wikia.com/wiki/Data_crystal

Het is niet de eerste keer dat de werkelijkheid de ideeen uit star trek behaald volgens mij.
De medi scanners zijn ook al aardig op weg meen ik.

En "faster than light" zijn ook al theorieen voor, en gemeten recent?

[Reactie gewijzigd door bbr op 23 juli 2024 18:31]

[Bruin Poeper]

5 micrometer voor 8 bits lijkt wel groot vegeleken met de aanstaande 7 nanometer voor waferstructuren.
Bijna 700x en dat geldt voor het oppervlak (lengte x breedte) 500.000 maal zoveel nodig is.

Maar wel handig om bijvoorbeeld te 10 geboden in te beitelen. Da's niet zo'n lang verhaal en toch best wel belangrijk om te onthouden. Ook interessant voor de levensvormen na ons.

[ATS]

Als je delen van fantasyverhalen wil gaan vastleggen, dan zijn de robotwetten van Asimov misschien wel relevanter voor de toekomst.

[proatjeboksem]

Welnee, dat zijn er volgens George Carlin eigenlijk maar 3:

https://www.youtube.com/watch?v=CE8ooMBIyC8

[oehoe]

Stuk eenvoudiger zo!

[The Bula King]

Het kan goed zijn dat over 10000 jaar de mensen weer in lemen hutjes wonen.
Staan ze daar mooi zonder optische microscoop en een polarisatiefilter.

De voornaamste reden dat dit soort tijdcapsules worden gemaakt is om onze onsterfelijkheid te tonen aan toekomstige generaties.
Als men nu een soort bijna onverwoestbaar projectie systeem kan ontwikkelen die deze data kan "afspelen" DAN zijn we pas zeker van een geslaagde actie.

Maar anderzijds, ik ben toch blij dat er grottekeningen bestaan om onze roots te eren