Rompiendo Nuevas Fronteras: Cómo Manipular los ‘Centros de Color’ del Diamante Puede Transformar el Almacenamiento de Datos

Los centros de color en los diamantes son algo que los investigadores y la comunidad científica han estado muy interesados en el pasado reciente. Antes de profundizar en cómo podrían ayudar a satisfacer nuestras crecientes necesidades de almacenamiento, debemos tener una comprensión rápida de qué son estos centros de color en los diamantes.

¿Qué son los Centros de Color?

Los centros de color son defectos dentro de la estructura de enlace de un material. Los enlaces, en este caso, implican una atracción duradera entre átomos o iones dentro de una molécula. La fuerza que une los átomos o iones puede ser fuerzas electrostáticas entre iones con cargas opuestas. También puede provenir del intercambio de electrones.

Los defectos dentro de la estructura de enlace pueden manifestarse de diferentes maneras, como huecos, excitones, vacancias o impurezas. Los excitones no son más que electrones atrapados en estados excitados.

Los centros de color viven como puntos localizados en el material donde las estructuras de enlace han cambiado. La formación de centros de color resulta en el cambio de la refractividad molar de un material. Sin embargo, en el caso de los diamantes, los centros de color resultan útiles para aplicaciones cuánticas.

Más importante aún, la comunidad científica ha estado investigando los centros de color durante los últimos años por sus propiedades ópticas mejoradas. Encontraron que el centro de vacancia de nitrógeno resultó ser particularmente útil por su estado de spin fundamental con un tiempo de coherencia de spin favorable desde la temperatura criogénica hasta la temperatura ambiente.

Recientemente, los físicos del City College of New York (CCNY) han desarrollado una técnica que puede potencialmente fortalecer y expandir la capacidad de almacenamiento de datos en los diamantes.

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Avance en el Almacenamiento de Datos Ópticos: Centros de Color en Diamantes y un Avance Científico

La investigación, titulada “Almacenamiento de Datos Ópticos Reversible por Debajo del Límite de Difracción”, se basa en la tecnología de multiplexar el almacenamiento en el dominio espectral. Implica la posibilidad de almacenar muchas imágenes diferentes en el mismo lugar en el diamante. Solo necesita el uso de un láser de un color ligeramente diferente. En consecuencia, esto resultaría en el almacenamiento de información diversa en átomos diferentes que comparten el mismo punto microscópico.

Según Tom Delord, un asociado de investigación postdoctoral en CCNY, el método es capaz de encontrar su camino “a aplicaciones de computación” que requieren “almacenamiento de alta capacidad”.

Para lograr lo que ha logrado hasta ahora, los científicos de CCNY tuvieron que controlar la carga eléctrica de los centros de color. Lo lograron utilizando un láser de banda estrecha y condiciones criogénicas muy precisas. Sería pertinente mencionar aquí que la criogenia es el estudio científico de materiales y su comportamiento a temperaturas extremadamente bajas.

Según los investigadores, el método les ayudó a:

“Escribir y leer pequeños bits de datos a un nivel mucho más fino que lo posible anteriormente, hasta un solo átomo”.

¿Por Qué es Importante el Avance?

Esencialmente, la investigación nos muestra la forma de almacenar más datos en un espacio finito. Esto es cada vez más importante, ya que la investigación y los desarrollos relacionados son muy cruciales para nuestra época. La urgencia de estos desarrollos se subraya por el hecho de que el volumen de datos que necesitamos almacenar ha aumentado exponencialmente cada día.

En contexto, según la investigación más reciente, hay 64 zettabytes de datos en el mundo en forma digital, donde un zettabyte es igual a un billón de gigabytes. Sorprendentemente, el 90% de los datos del mundo se crearon en los últimos dos años. Se estima que para 2025, el volumen de datos global aumentará a entre 150-175 zettabytes, con los dispositivos IoT siendo responsables de 90 zettabytes de estos datos.

Dada esta aumento asombroso en la creación de datos, la solución desarrollada mediante la manipulación de los centros de color del diamante puede ayudar a almacenar más datos sin esfuerzo, lo que resulta en una expansión significativa del espacio de almacenamiento físico. Este avance es oportuno, considerando la creciente necesidad de espacio de almacenamiento físico sustancial en varios sectores.

Por ejemplo, Facebook es responsable de generar 4 petabytes de datos por día, donde 1 petabyte es igual a 1 millón de gigabytes de datos. Para respaldar esto, Facebook posee y opera 18 centros de datos en todo el mundo, que abarcan 40 millones de pies cuadrados de espacio. Sin embargo, Facebook representa solo una de las empresas de tecnología que luchan con volúmenes de datos masivos. El motor de búsqueda de Google procesa 3.5 mil millones de consultas diarias, los usuarios de WhatsApp intercambian más de 65 mil millones de mensajes por día y los usuarios de Internet en todo el mundo generan casi 2.5 quintillones de bytes de datos cada día. Esto subraya una demanda implacable de almacenamiento, almacenamiento y más almacenamiento.

Sin duda, la información de CCNY con centros de color de diamante sería innovadora cuando se lleve a escala.

Investigación Pasada sobre Centros de Color de Vacancia de Germanio en Diamante

Se realizó una investigación similar sobre centros de color de diamante anteriormente. La investigación publicada en 2015, por ejemplo, ayudó a comprender las defectos fluorescentes atómicos en los diamantes como una plataforma sólida prometedora para la criptografía cuántica y el procesamiento de información cuántica, lo que sirve como un paso fundamental para estudios posteriores en este área.

La investigación probó la factibilidad de utilizar fuentes de un solo fotón con métodos de fabricación de alta intensidad y reproducibles para este propósito. La investigación tomó nota de un centro de color novedoso en el diamante, compuesto por germanio y una vacancia, que los investigadores denominaron el centro GeV.

Otra investigación, publicada en 2022, realizada por investigadores de la Universidad de Saga y Adamant Namiki Precision Jewelry, llevó al desarrollo de un nuevo método para fabricar obleas de diamante de ultra-alta pureza. Estas obleas de diamante miden 5 cm de diámetro.

Con su densidad de datos, estas obleas pueden almacenar el equivalente a un millardo de discos Blu-ray. Para poner esto en perspectiva, un disco Blu-ray típico puede almacenar hasta 25 GB de datos. Por lo tanto, un millardo de discos Blu-ray equivaldría a un total asombroso de 25 exabytes de datos. Al lograr este logro, la investigación utilizó un centro de vacancia de nitrógeno para almacenar datos en forma de bits cuánticos superconductores (qubits).

Más sobre Adamant Namiki Precision Jewelry o Orbray

Adamant Namiki Precision Jewelry cambió su nombre a Orbray Co., Ltd., a partir del 1 de enero de 2023. La empresa tiene una amplia gama de productos, que incluyen joyería de precisión, componentes de fibra óptica y pequeños motores. Por aplicación, la empresa atiende a los campos de la comunicación de información, semiconductores, máquinas industriales, robots, automóviles, dispositivos de accionamiento óptico, audio y mucho más.

Fundada en 1939 y con sede en Tokio, Japón, Orbray es una empresa de propiedad privada.

Empresas que Trabajan en la Tecnología de Obleas de Diamante

Mientras que Orbray es conocida por fabricar obleas de diamante específicamente para almacenamiento, hay pocas otras empresas en la industria que han desarrollado una solución de almacenamiento comparable. Sin embargo, es digno de mención que muchas otras empresas están produciendo obleas de diamante para varios otros propósitos. Esto merece atención, ya que estas empresas también pueden expandirse a soluciones de almacenamiento en el futuro cercano, dado su conocimiento existente de la tecnología fundamental.

#1. Stanford Advanced Materials

Otra empresa renombrada por fabricar obleas de diamante es Stanford Advanced Materials. Ofrecen un producto conocido como la oblea de diamante CVD, reconocida por sus propiedades ópticas y térmicas de alta gama. Además, afirman que estas obleas de diamante poseen excelentes propiedades físicas y químicas. Notablemente, presentan una banda casi continua de transparencia óptica desde el UV hasta el THz, lo que las hace compatibles con múltiples rangos de bandas, incluyendo rayos X, ultravioleta, infrarroja, microondas y más.

Las obleas de diamante CVD tienen muchas propiedades que son casi imposibles de lograr para materiales ópticos generales. Por ejemplo, puede desempeñar un papel crucial en la entrada de alta energía, la pérdida dieléctrica baja, el aumento de Raman, la distorsión de haz baja, la resistencia a la erosión y otros aspectos.

Las obleas de diamante CVD de Stanford sirven a muchas industrias, incluyendo la aeroespacial, la militar y otras. Son muy eficientes en la gestión térmica, especialmente en componentes electrónicos de alta potencia, alta frecuencia, miniaturizados y altamente integrados.

Con sede en Lake Forest, California, Estados Unidos, Stanford Advanced Materials ha estado en operación desde 1994 y es una empresa de propiedad privada.

#2. AKHAN Semiconductors

Otra empresa de semiconductores que está haciendo muy bien en la fabricación de obleas de diamante es Akhan Semiconductors. En 2021, fabricó las primeras obleas de diamante CMOS de 300 mm. La tecnología se desarrolló principalmente para mejorar el manejo de potencia, la gestión de calor y la durabilidad de la electrónica. Sin embargo, atiende a una variedad de industrias y procesos de fabricación. Según el CEO de Akhan Semiconductor, Adam Khan, las obleas de diamante de Akhan ayudarán a construir dispositivos más poderosos y duraderos.

Con sede en Illinois, Estados Unidos, Akhan Semiconductor es una empresa de propiedad privada que se fundó en 2012. Según las últimas noticias disponibles, la empresa recaudó US$20 millones el 17 de febrero de 2022.

Otras Soluciones de Almacenamiento de Datos

Mientras se explora los centros de color de los diamantes, que es definitivamente una innovación en el campo del almacenamiento de datos, la solución aún no se ha escalado.

Un gigante tecnológico que sigue experimentando con nuevas y mejoradas tecnologías de almacenamiento de datos todo el tiempo es Intel. Ofrece múltiples tecnologías de almacenamiento innovadoras.

#1. Tecnologías de Almacenamiento de Intel

Su Tecnología Optane, por ejemplo, ayuda a eliminar los cuellos de botella de almacenamiento de los centros de datos, lo que permite a los usuarios lidiar con conjuntos de datos más grandes y más asequibles. Sus productos de tecnología 3D NAND son conocidos por su capacidad y confiabilidad. Sus soluciones de SSD EDSFF ayudan a lograr una mayor capacidad a menor costo.

Los ingresos de Intel en 2022 fueron de $63.1 mil millones, un descenso de $16.0 mil millones, o 20%, con respecto a 2021. La empresa invirtió $17.5 mil millones en I+D, realizó inversiones de capital de $24.8 mil millones y generó $15.4 mil millones en efectivo de operaciones y $(4.1) mil millones de flujo de efectivo ajustado.

#2. Seagate

Seagate es otro líder en el campo del almacenamiento de datos, que ha introducido una innovación significativa. Su última oferta es el sistema de almacenamiento en bloque de capacidad multi-petabyte de alto rendimiento, eficiente y duradero conocido como Exos® CORVAULT™. Este sistema tiene características de alta densidad que garantizan una utilización óptima del espacio, ciclos de vida extendidos y un consumo de energía reducido por petabyte.

Además, contribuye a reducir la huella de carbono del centro de datos al necesitar menos recursos de cómputo y redes. Actualmente, la solución está disponible en dos variantes: la primera variante ofrece hasta 2.5 PB de almacenamiento en estantes de 1.2 metros, mientras que la segunda ofrece 1.5 PB para estantes de 1.0 metro de profundidad.

Para el año fiscal que finalizó el 30 de junio de 2023, Seagate registró un ingreso de más de US$7.3 mil millones, lo que fue considerablemente menos que sus ingresos del año anterior de más de US$11.5 mil millones.

Investigación Futura en Centros de Color de Diamante

Se está llevando a cabo mucha investigación para explorar y comprender mejor los centros de color de los diamantes. Los investigadores están motivados por muchas razones, notablemente porque los centros de color exhiben propiedades ópticas mejoradas en términos de estabilidad espectral, longitud de onda y propiedades de spin. Si bien el diamante es generalmente rico en centros ópticos, el origen exacto de estos centros a menudo permanece desconocido. Se anticipa que la investigación futura proporcionará más información.

Las obleas de diamante han sido un avance significativo para el almacenamiento de datos a gran escala. Y es un área donde se está llevando a cabo mucha investigación en la actualidad. Conocer mejor las obleas de diamante ayudará a mejorar sus propiedades como sistemas de almacenamiento, sin duda.

Aunque para alimentar los semiconductores de próxima generación, los científicos de la Universidad de Chiba en Japón han desarrollado un método que utiliza láseres para crear obleas de diamante. Según Hirofumi Hidai, profesor de la Escuela de Ingeniería de la Universidad de Chiba:

“La división de diamante permite la producción de obleas de alta calidad a bajo costo y es indispensable para fabricar dispositivos semiconductores”.

Este método recién desarrollado es crucial por razones que van más allá del uso del diamante como semiconductor. Ayuda a desarrollar mecanismos para controlar la formación de grietas a través de los diamantes para que puedan crecer a lo largo de un plano deseado.

En abril de este año, Amazon Web Services estableció una colaboración con De Beers, la subsidiaria Element Six, para desarrollar diamantes sintéticos, que se utilizarán en la distribución de claves cuánticas. Lo que destaca en esta asociación es su método, que implica la creación de centros de color en un diamante. Estos centros de color absorberán fotones que contienen información cuántica para reemitirlos más tarde.

Según Antia Lamas-Linares, quien lidera el Centro de Redes Cuánticas de AWS:

“Podemos [Amazon] hacer algunas cosas a escalas relativamente pequeñas, pero para llevarlo realmente a una escala global – AWS es una empresa global – hay algunas cosas que necesitan ser desarrolladas”.

Para concluir, el mundo verá más investigación dirigida a aprovechar los centros de color de los diamantes. No todos ellos ayudarán a mejorar el almacenamiento de datos, pero muchos de ellos lo harán. Los datos son el combustible que impulsa nuestro mundo moderno. Es bastante natural que las empresas líderes inviertan más en el futuro en soluciones que ayuden a resolver las necesidades de almacenamiento en crecimiento exponencial.