Tưởng chừng lỗi thời, CD/DVD bất ngờ có cơ hội trở lại thời hoàng kim nhờ một công nghệ đột phá

Trong thời đại phát triển của các dịch vụ phát trực tuyến, CD và DVD có vẻ đã trở thành những vật phẩm lỗi thời, dần bị thay thế bởi các giải pháp lưu trữ kỹ thuật số và đám mây. Tuy nhiên, các nhà khoa học tại Đại học Chicago và Phòng thí nghiệm Argonne National Lab đang đặt nền móng cho một bước tiến mới với công nghệ lưu trữ đĩa quang. Bằng cách tận dụng các nguyên tố đất hiếm và lỗi lượng tử (quantum defects), công nghệ mới này có thể tăng khả năng lưu trữ dữ liệu vượt trội so với giới hạn hiện nay.

Lưu trữ quang truyền thống, như CD và DVD, đã luôn gặp phải giới hạn về mật độ dữ liệu do giới hạn nhiễu xạ của ánh sáng. Giới hạn này tồn tại vì các bit dữ liệu không thể nhỏ hơn bước sóng của tia laser dùng để đọc và ghi dữ liệu. Nhưng với việc tích hợp các nguyên tố đất hiếm, như các tinh thể oxit magie (MgO), vào vật liệu lưu trữ, các nhà nghiên cứu tin rằng họ có thể vượt qua giới hạn này. Nhờ kỹ thuật được gọi là "ghép kênh theo bước sóng" (wavelength multiplexing), mỗi nguồn phát từ đất hiếm có thể hoạt động ở một bước sóng ánh sáng hơi khác nhau, cho phép tích hợp nhiều dữ liệu hơn vào cùng một không gian lưu trữ.

Đầu tiên, các nhà khoa học phải xử lý vấn đề vật lý của hệ thống này và lập mô hình cho tất cả các yêu cầu để xây dựng nguyên mẫu. Họ đã mô phỏng một vật liệu rắn lý thuyết được tích hợp các nguyên tử đất hiếm có khả năng hấp thụ và tái phát ánh sáng. Các mô hình này cho thấy cách các lỗi lượng tử gần đó có thể hấp thụ và lưu trữ ánh sáng phản chiếu từ nguyên tử đất hiếm. Một phát hiện quan trọng là khi một lỗi lượng tử hấp thụ năng lượng ánh sáng từ các nguyên tử đất hiếm lân cận, trạng thái spin của nó sẽ bị lật. Sau khi lật, trạng thái này gần như không thể quay lại như cũ, có nghĩa là các lỗi này có thể lưu trữ dữ liệu trong thời gian dài.

Dù là một bước tiến hứa hẹn, vẫn còn nhiều câu hỏi cần được giải đáp. Chẳng hạn, việc xác minh thời gian mà các trạng thái kích thích này tồn tại là điều thiết yếu. Dù nhóm nghiên cứu đã quảng bá rằng công nghệ này có thể đạt mật độ lưu trữ "siêu cao," nhưng họ vẫn chưa đưa ra con số cụ thể so với các đĩa lưu trữ hiện tại. Mặc dù vậy, các nhà khoa học lạc quan gọi đây là "một bước tiến lớn."

Dĩ nhiên, việc chuyển đổi những nghiên cứu này thành một sản phẩm lưu trữ thương mại sẽ cần thêm nhiều năm nghiên cứu và phát triển.