علماء صينيون يتغلبون على حاجز حد الحيود البصري – ترجمة* محمد جواد آل السيد ناصر الخضراوي

Beyond the Limit: Chinese Scientists Have Broken the Optical Diffraction Limit Barrier
(UNIVERSITY OF SHANGHAI FOR SCIENCE AND TECHNOLOGY – بواسطة: جامعة شنغهاي للعلوم والتقنية)

ملخص المقالة:

حقق باحثو جامعة شنغهاي للعلوم والتقنية اختراقا علميا في التغلب على حاجز الحيود البصري في تقنية تخزين البيانات بسعة “بيتايبيت” على قرص ضوئي ثلاثي الأبعاد، وأثبتوا أن سعة تخزين البيانات الضوئية يمكن أن تصل إلى هذا المستوى من خلال توسيع بنية التسجيل المستوي إلى ثلاثة أبعاد مع مئات الطبقات، وبالتالي كسر حاجز حد الحيود البصري للبقع المسجلة.

( المقالة )

تم إصدار الكلمات الأكثر شيوعا لعام 2023 مؤخرا، حيث نموذج اللغة الكبير للذكاء الاصطناعي^[1] (AI Large Language Model (LLM)) يتصدر القائمة بلا شك. وكمرشح رائد، برزت “تـشات جي بي تي” (ChatGPT) أيضا كواحدة من الكلمات الطنانة الدولية لهذا العام. وتدين هذه الابتكارات المعيقة في الذكاء الاصطناعي بالكثير للبيانات الضخمة، والتي لعبت دورا محوريا. ومع ذلك، فقد قدم الذكاء الاصطناعي في الوقت نفسه فرصا وتحديات جديدة لتطوير البيانات الضخمة.

ولا غنى عن تخزين البيانات عالي السعة في الاقتصاد الرقمي اليوم. ومع ذلك، تواجه أجهزة التخزين الرئيسية مثل محركات الأقراص الثابتة وأجهزة فلاش أشباه الموصلات قيودا من حيث الفعالية من حيث التكلفة والمتانة وطول العمر. ويوفر تخزين البيانات الضوئية حلا صديقا للبيئة واعدا لتخزين البيانات على المدى الطويل والفعال من حيث التكلفة.

ومع ذلك، يواجه تخزين البيانات الضوئية قيدا أساسيا في تباعد المعالم المسجلة المجاورة، بسبب حد الحيود البصري. ولا يعيق هذا القيد المادي التطوير الإضافي لآلات الكتابة بالليزر المباشر فحسب، بل يؤثر أيضا على الفحص المجهري الضوئي وتقنية التخزين.

كسر الحاجز

يصنف كسر حاجز الحيود المحدود على أنه التحدي الأول في مجال الفيزياء، وفقا لـ 125 مشكلة علمية متطورة أصدرتها مجلة “العلوم” (Science) في عام 2021. كما أنها من بين الاختراقات التقنية السبعة التي تنبأت بها مجلة “الطبيعة” (Nature) لعام 2024 وما بعده.

وقد نجح فريق متعدد التخصصات بقيادة البروفيسور مين غو في جامعة شنغهاي للعلوم والتقنية (USST) ومعهد شنغهاي للبصريات والميكانيكا الدقيقة (SIOM)، في الأكاديمية الصينية للعلوم، في التغلب على هذا التحدي. ونشروا مؤخرا أحدث إنجازاتهم البحثية، بعنوان “ذاكرة قرص ضوئي نانوي ثلاثي الأبعاد مع سعة بيتابيت” ، في مجلة “الطبيعة” (Nature).

ولأول مرة، أثبت الباحثون أن سعة تخزين البيانات الضوئية يمكن أن تصل إلى مستوى بيتابيت^[2] (petabit (Pb)) من خلال توسيع بنية التسجيل المستوي إلى ثلاثة أبعاد مع مئات الطبقات، وبالتالي كسر حاجز حد الحيود البصري للبقع المسجلة. ويمكن أن تصل سعة التخزين داخل منطقة قرص بحجم “دي في دي” (DVD) إلى مستوى بيتابيت، أي ما يعادل 10000 قرص “بلو- ري”^[3] (Blu-ray) على الأقل أو 100 محرك أقراص ثابتة عالي السعة.

وتم ادراج المؤلفين المناظرين للورقة كمؤلفين مشاركين أوائل: وهم البروفيسور مين غو، مدير معهد الرقائق الضوئية، والبروفيسور جينغ ون في جامعة شنغهاي للعلوم والتقنية، والبروفيسور هاو روان في معهد شنغهاي للبصريات والميكانيكا الدقيقة، وكل من الدكتور مياو تشاو، زميل ما بعد الدكتوراه في معهد شنغهاي للبصريات والميكانيكا الدقيقة، والبروفيسور جينغ ون من جامعة شنغهاي للعلوم والتقنية.

حل تخزين ثوري

تعد التقنية الرائدة لذاكرة القرص الضوئي النانوية ثلاثية الأبعاد ذات سعة بيتابيت ثورية. وتتطلب مجموعة البيانات وراء “جي بي تي”، والتي تتضمن 5.8 مليار صفحة ويب مفهرسة وتحتل حوالي 56 جيجابايت من النص، عادة مساحة ملعب من محركات الأقراص الثابتة للتخزين. ومع ذلك، يمكن لذاكرة القرص الضوئي ثلاثية الأبعاد النانوية تقليص هذه المساحة إلى حجم كمبيوتر سطح المكتب، مما يقلل التكاليف بشكل كبير. وعلاوة على ذلك، فإن استهلاك الطاقة لذاكرة القرص الضوئي النانوي أقل بعدة مرات من الطرق التقليدية، ويمكن أن يصل عمرها الافتراضي إلى 50-100 عام.

وفي عام 2013، حقق البروفيسور مين غو وفريقه البحثي تقنية الكتابة بالليزر المباشر بحجم 9 نانومتر على أساس الكتابة ذات الشعاع المزدوج. وقد فاز العالم الألماني البروفيسور ستيفان دبليو هيل بجائزة نوبل في الكيمياء لعام 2014 لاختراعه تقنية التصوير المجهري فائق الدقة ثنائية الحزم. ونجحت تقنية ذاكرة القرص الضوئي ثلاثية الأبعاد النانوية المنشورة في مجلة “الطبيعة” (Nature) في كسر حاجز الحيود المحدود للكتابة والقراءة البصرية، مما يبشر بعصر جديد للاقتصاد الرقمي للبيانات الضخمة.

*تمت الترجمة بتصرف

المرجع: “A 3D nanoscale optical disk memory with petabit capacity” by Miao Zhao, Jing Wen, Qiao Hu, Xunbin Wei, Yu-Wu Zhong, Hao Ruan and Min Gu, 21 February 2024, Nature. DOI: 10.1038/s41586-023-06980-y

المصدر:

Beyond the Limit: Chinese Scientists Have Broken the Optical Diffraction Limit Barrier (scitechdaily.com)

الهوامش:

[1] نموذج اللغة الكبير (LLM) هو نوع من برامج الذكاء الاصطناعي (AI) التي يمكنها التعرف على النص وتوليده، من بين مهام أخرى. يتم تدريب نماذج اللغة الكبيرة على مجموعات ضخمة من البيانات، ومن هنا جاء اسم “كبير”. تعتمد هذه النماذج على التعلم الآلي: على وجه التحديد، نوع من الشبكات العصبية يسمى نموذج المحولات. انقر الرابط التالي للمزيد: What is a large language model (LLM)? | Cloudflare

[2] بيتابيت (Pb) هي وحدة قياس بيانات تساوي كوادريليون بت واحد من البيانات (أو 10¹⁵). هناك طريقة أخرى لتمثيل ذلك وهي أن بيتابيت واحد يساوي مليون غيغابت (Gb). يعد (petabit) أحد أكبر أنواع القياسات العملية لتخزين البيانات أو معدلات نقل البيانات (DTR).

[3] “بلو – راي” (Blu-ray) (قرص بلو راي Blu-ray أو BD) هو تنسيق تخزين بيانات قرص ضوئي رقمي مصمم ليحل محل تنسيق “دي في دي” (DVD). تم اختراعه وتطويره في عام 2005 وتم إصداره في جميع أنحاء العالم في 20 يونيو 2006 ، وهو قادر على تخزين عدة ساعات من الفيديو عالي الدقة (HDTV 720p و 1080p). التطبيق الرئيسي لـ “بلو راي” هو كوسيلة لمواد الفيديو مثل الأفلام الروائية وللتوزيع المادي لألعاب الفيديو لـ “بلاي ستاشين” [ (PlayStation 3 و PlayStation 4 و PlayStation 5) ] و “اكس بوكس” [ Xbox One و Xbox Series X ]. يشير الاسم إلى الليزر الأزرق (في الواقع ليزر بنفسجي) المستخدم لقراءة القرص، والذي يسمح بتخزين المعلومات بكثافة أكبر مما هو ممكن باستخدام الليزر الأحمر ذي الطول الموجي الأطول المستخدم في أقراص “دي في دي”.