如果“我們能按照我們想要的方式操縱原子，將原子特性發(fā)揮到底，會(huì)怎么樣？”這是物理學(xué)家理查德·費(fèi)曼在1959年的一次演講中提到的關(guān)于原子的猜想。他預(yù)測(cè)，如果用原子存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，整個(gè)“大英百科全書(shū)”都可以裝在一個(gè)針尖上。
現(xiàn)在，原子儲(chǔ)存信息的技術(shù)正在變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。荷蘭代爾夫特理工大學(xué)科維理納米科學(xué)研究所桑德·奧特領(lǐng)導(dǎo)的研究小組，證明利用原子儲(chǔ)存大量信息是可行的。
在奧特的研究報(bào)告中，他們將存儲(chǔ)密度提高到了500Tbpsi（兆兆比特/平方英寸），是目前最好商業(yè)硬盤(pán)的500倍。桑德·奧特在接受媒體采訪時(shí)說(shuō)：“理論上，這種存儲(chǔ)密度能把人類迄今為止創(chuàng)作的所有書(shū)籍都寫(xiě)到一張郵票上?！?/p>
寬 96 納米、高 126 納米，存儲(chǔ)了 1 KB 信息。存儲(chǔ)的究竟是什么內(nèi)容呢？提示：“還剩下很多空間”。來(lái)源：Ottelab/cdn.phys.org，新智元
其實(shí)，在1990年，IBM的一組科學(xué)家嘗試了原子儲(chǔ)存。他們用35個(gè)放置在鎳薄片上的氙原子儲(chǔ)存了公司的名字。IBM的科學(xué)家將溫度冷卻到零下 269℃，這比絕對(duì)零度即理論上所能達(dá)到的最低溫度僅僅高了4℃。但這樣的成本極其昂貴，而且也只是記錄了3個(gè)字母，沒(méi)有太大的實(shí)用價(jià)值。
1990年，IBM 研究員在鎳板表面用35個(gè)氙原子排列出“IBM”字樣。來(lái)源：research.ncku.edu.tw，新智元
這次荷蘭方面的實(shí)驗(yàn)意義要大得多。只需要溫度達(dá)到零下196℃，該團(tuán)隊(duì)所儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)就能保持穩(wěn)定。盡管這聽(tīng)上去沒(méi)什么特別的，但這個(gè)溫度可以用液氮冷卻來(lái)達(dá)到，這樣一來(lái)，就比IBM當(dāng)年使用的液氦要便宜。
另外，荷蘭團(tuán)隊(duì)使用的并不是IBM利用原子本身來(lái)儲(chǔ)存信息的技術(shù)，而是采用二進(jìn)制的方式，用掃描隧道顯微鏡（STM）的針尖推動(dòng)材料表面單個(gè)原子，制作比特編碼字母信息。
奧特解釋說(shuō)：“這就像一種滑動(dòng)拼圖，每個(gè)比特由兩個(gè)表面銅原子位構(gòu)成，我們把一個(gè)氯原子在這兩個(gè)銅原子位之間來(lái)回滑動(dòng)。如果氯原子在頂位，底位留一個(gè)空穴，稱之為1；如果頂位是空穴，而氯原子在底位，稱之為0?！?/p>
英文字母“e”的原子排列圖示
他們將氯原子排在銅板上，排成小方格，并彼此連接。研究團(tuán)隊(duì)只占用銅板上六分之五的空間，因此還有空缺給空間中的氯原子。正是因?yàn)樵又g的空隙，晶格的信息儲(chǔ)存要比IBM使用氙原子要穩(wěn)定的多，也更適合存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。
研究人員新開(kāi)發(fā)出的柵格存儲(chǔ)器標(biāo)記具體示例。來(lái)源：Ottelab/TUDelft，新智元
不僅如此，研究人員還表示，未來(lái)能將現(xiàn)有的方格規(guī)模擴(kuò)大，形成三維結(jié)構(gòu)，這樣每個(gè)方格就能存儲(chǔ)上千TB（1TB＝1024GB）的數(shù)據(jù)。換句話說(shuō)，用一粒鹽的大小就能容納美國(guó)國(guó)會(huì)圖書(shū)館的所有信息。
《經(jīng)濟(jì)學(xué)人》認(rèn)為，通過(guò)原子實(shí)現(xiàn)的高密度存儲(chǔ)信息，在未來(lái)可以拓展到手機(jī)、電腦和數(shù)據(jù)中心的存儲(chǔ)容量上，還可以供云儲(chǔ)存技術(shù)使用，大幅度減少數(shù)據(jù)中心的占地需求。這讓我們對(duì)原子儲(chǔ)存技術(shù)充滿想象。
但目前仍有兩個(gè)問(wèn)題待解決。首先是原子可以穩(wěn)定在室溫條件里，但這個(gè)問(wèn)題，至少?gòu)默F(xiàn)在來(lái)看，實(shí)現(xiàn)過(guò)程緩慢。第二，在奧特的論文中，讀取和寫(xiě)入每64位的信息需要1-2分鐘時(shí)間，他稱這一速度能快速提升至每秒一百萬(wàn)位。但這與現(xiàn)在的硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)速度相比，仍然較為緩慢。
《自然》雜志子刊《納米技術(shù)》也在最新一期文章中刊發(fā)了這一研究成果。柏林材料物理學(xué)家Stefan F?lsch在接受該媒體采訪時(shí)稱，該研究是一項(xiàng)非常好的概念驗(yàn)證工作，通過(guò)操縱原子制造出可存儲(chǔ)設(shè)備，為原子操縱技術(shù)的應(yīng)用邁開(kāi)了堅(jiān)實(shí)的一步。