Cientistas da Microsoft Research, nos Estados Unidos, apresentaram um sistema chamado Silica que permite escrever e ler informação em vidro comum. Numa placa fina, quadrada e do tamanho da palma da mão, o método consegue guardar o equivalente a dois milhões de livros.
De acordo com um artigo publicado hoje na Nature, os ensaios realizados indicam que os dados poderão manter-se legíveis por mais de 10.000 anos.
O que conseguem fazer pulsos minúsculos de luz
O sistema Silica baseia-se em impulsos laser extremamente curtos para gravar pequenos “pontos” de informação no interior de um bloco de vidro comum.
Estes impulsos são chamados “ultracurtos” por um motivo: cada um dura apenas quadrilionésimos de segundo, isto é, femtossegundos (10–15 s).
Para ter uma noção da escala: comparar dez femtossegundos com um minuto é semelhante a comparar um minuto com toda a idade do Universo.
E há ainda mais: estas descargas ultracurtas podem gerar rajadas ainda mais breves, com duração de attossegundos - um milésimo de um femtossegundo (10–18 s).
Essas rajadas de attossegundos permitem observar o movimento de electrões dentro de átomos e moléculas. Em 2023, o Prémio Nobel da Física distinguiu trabalho pioneiro nesta área, atribuído a Ferenc Krausz (por coincidência, meu antigo orientador de doutoramento), Anne L’Huillier e Pierre Agostini.
Escrever no vidro com lasers de femtossegundo
Os pulsos laser de femtossegundo não são apenas uma curiosidade científica: têm utilidade tecnológica directa. A sua grande vantagem é conseguirem provocar alterações no interior de materiais transparentes, como o vidro.
Estes lasers emitem luz com um comprimento de onda que, em condições normais, atravessa o vidro sem interagir. No entanto, quando impulsos ultracurtos são fortemente focados numa região específica, criam um campo eléctrico muito intenso que modifica a estrutura molecular do vidro exactamente na zona focal.
O resultado é que só um volume tridimensional minúsculo - muitas vezes com menos de um milionésimo de metro de lado - fica afectado. Esse volume chama-se “voxel” e pode ser criado em posições cuidadosamente controladas dentro do vidro.
Décadas de investigação sobre voxels e armazenamento volumétrico
A utilização de voxels escritos a laser para armazenamento de dados em três dimensões não surgiu agora.
Nos anos 1990, Eric Mazur e a sua equipa, na Universidade de Harvard (EUA), estudaram armazenamento óptico volumétrico. O seu trabalho pioneiro mostrou que era possível gravar estruturas de dados permanentes em vidro comum usando lasers de femtossegundo.
Mais tarde, em 2014, Peter Kazansky e colegas da Universidade de Southampton (Reino Unido) descreveram armazenamento de dados em vidro de quartzo fundido com uma “vida útil aparentemente ilimitada”. Estes resultados ajudaram a consolidar a ideia de memórias em vidro extremamente estáveis para arquivo.
Em 2024, Kazansky criou a empresa SPhotonix para comercializar aquilo a que chamam “nanoestruturas 5D em vidro”.
A noção de um “cristal de memória 5D” até passou para a cultura popular: um dispositivo semelhante surge no mais recente filme de Mission Impossible, The Final Reckoning, como um cofre seguro capaz de conter uma IA poderosa, mas sinistra.
Silica: um sistema completo de armazenamento em vidro com lasers de femtossegundo
O projecto Silica não se apresenta como uma nova descoberta científica fundamental. Em vez disso, a equipa descreve a primeira demonstração abrangente de uma tecnologia prática com potencial para aplicação no mundo real.
O trabalho reúne as peças essenciais de uma plataforma de armazenamento baseada em lasers de femtossegundo e vidro: codificação dos dados, escrita, leitura, descodificação e correcção de erros.
Também são analisadas várias estratégias para optimizar: - fiabilidade, - velocidade de escrita, - eficiência energética, - densidade de dados, - e a vida útil do conteúdo gravado (com avaliações sistemáticas).
No Silica, foram estudados sobretudo dois tipos principais de voxels produzidos pelo laser.
O primeiro tipo é composto por pequenas estruturas alongadas, semelhantes a vazios, criadas por “micro-explosões” induzidas pelo laser no interior do vidro. Este método permite uma densidade de armazenamento extremamente elevada: 1,59 gigabits por milímetro cúbico.
O segundo tipo baseia-se em alterações subtis do índice de refracção local do vidro. Estes voxels podem ser gravados com maior rapidez e com menor consumo de energia - embora guardem menos informação por milímetro cúbico.
Com esta abordagem, é possível escrever cerca de 65,9 megabits por segundo, e os autores indicam que a taxa poderia aumentar com a utilização de mais feixes laser.
Por fim, experiências de envelhecimento acelerado sugerem que os dados gravados - mesmo no caso dos voxels de fase, mais sensíveis - poderão manter-se estáveis por mais de 10.000 anos. Este valor excede de forma muito significativa a durabilidade de suportes de arquivo convencionais, como fitas magnéticas ou discos rígidos.
O futuro do Silica e do armazenamento de dados em vidro
Quando iniciei o meu doutoramento no final dos anos 1990, na Universidade Técnica de Viena, éramos apenas um pequeno grupo de laboratórios no mundo com capacidade para construir lasers capazes de gerar pulsos de femtossegundo.
Hoje, após décadas de evolução tecnológica, é possível comprar lasers ultrarrápidos com a fiabilidade, a potência e as taxas de repetição necessárias para uso industrial - praticamente “prontos a usar”.
O armazenamento de dados de arquivo denso, rápido e energeticamente eficiente é uma aplicação real particularmente promissora para estes lasers. À medida que a fotónica ultrarrápida continua a amadurecer, é muito provável que surjam outras utilizações igualmente relevantes.
Além da preservação a muito longo prazo, soluções como o Silica podem tornar-se especialmente atractivas para instituições que precisam de manter informação inalterável durante gerações - por exemplo, bibliotecas nacionais, arquivos históricos, museus, universidades, centros de dados e organizações com requisitos rigorosos de conformidade. Num contexto de crescimento contínuo do volume de dados, a combinação entre durabilidade e estabilidade do vidro pode reduzir a dependência de migrações periódicas entre suportes.
Outro aspecto a acompanhar é a integração desta tecnologia em cadeias de produção e em fluxos de arquivo já existentes: automatização do processo de escrita/leitura, normalização de formatos e custos por terabyte. Se estes elementos convergirem, o armazenamento em vidro poderá ocupar um lugar próprio no ecossistema de arquivamento, complementando soluções magnéticas e em semicondutores.
Alex Fuerbach, Professor, Photonics Research Centre, Macquarie University
Este artigo é republicado de The Conversation ao abrigo de uma licença Creative Commons. Leia o artigo original.
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