Informatique
Faire une percée : comment la manipulation des « centres de couleur » dans les diamants pourrait transformer le stockage de données ?
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Les centres de couleur dans les diamants sont un sujet qui intéresse beaucoup les chercheurs et la communauté scientifique depuis peu. Avant d’approfondir la façon dont ils pourraient aider à répondre à nos besoins croissants en stockage, comprenons rapidement ce que sont ces centres de couleur dans les diamants.
Qu’est-ce que les centres de couleur ?
Les centres de couleur sont des défauts au sein de la structure de liaison d’un matériau. Les liaisons, dans ce cas, impliquent une attraction durable entre atomes ou ions au sein d’une molécule. La force qui lie les atomes ou ions peut être des forces électrostatiques entre ions de charges opposées. Elle peut également provenir du partage d’électrons.
Les défauts de la structure de liaison peuvent se manifester sous différentes formes, telles que des trous, des excitons, des vacants ou des impuretés. Les excitons ne sont rien d’autre que des électrons bloqués dans des états excités.
Les centres de couleur existent comme des points localisés dans le matériau où les structures de liaison ont été modifiées. La formation de centres de couleur entraîne un changement de la réfractivité molaire du matériau. Cependant, dans le cas des diamants, les centres de couleur s’avèrent utiles pour les applications quantiques.
Plus important encore, la communauté scientifique a été investiguer les centres de couleur ces dernières années pour leurs propriétés optiques améliorées. Ils ont trouvé que le centre azote‑vacance était particulièrement utile grâce à son état fondamental de spin élevé avec un temps de cohérence de spin favorable du cryogène à température ambiante.
Récemment, les physiciens du City College of New York (CCNY) ont mis au point une technique qui pourrait renforcer et étendre la capacité de stockage des données dans les diamants.
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Percée du stockage de données optique : centres de couleur dans les diamants et une avancée scientifique
La recherche, intitulée “Reversible Optical Data Storage (DTST ) below the Diffraction Limit”, repose sur la technologie de multiplexage du stockage dans le domaine spectral. Elle implique la possibilité de stocker de nombreuses images différentes au même endroit dans le diamant. Tout ce qu’il faut, c’est utiliser un laser d’une couleur légèrement différente. Par conséquent, cela permettrait le stockage d’informations diverses dans différents atomes partageant le même point microscopique.
Selon Tom Delord, chercheur postdoctoral au CCNY, la méthode est capable de trouver sa voie “vers des applications informatiques” qui nécessitent “un stockage à haute capacité”.
Pour atteindre ce qu’elle a réalisé jusqu’à présent, les scientifiques du CCNY ont dû contrôler la charge électrique des centres de couleur. Ils l’ont accompli en utilisant un laser à bande étroite et des conditions cryogéniques avec une grande précision. Il convient de mentionner ici que la cryogénie est l’étude scientifique des matériaux et de leur comportement à des températures extrêmement basses.
Selon les chercheurs, la méthode les a aidés :
« Écrire et lire de minuscules bits de données à un niveau bien plus fin que précédemment possible, jusqu’à un seul atome. »
Pourquoi cette percée est-elle importante ?
Essentiellement, la recherche nous montre comment stocker davantage de données dans un espace fini. Cela devient de plus en plus important, car les recherches et les développements associés sont cruciaux pour notre époque. L’urgence de ces développements est soulignée par le fait que le volume de données que nous devons stocker augmente de façon exponentielle chaque jour.
Dans ce contexte, selon les dernières recherches, il y a 64 zettabytes de données dans le monde uniquement sous forme numérique, où un zettabyte équivaut à un trillion de gigaoctets. Remarquablement, 90 % des données mondiales ont été créées au cours des deux dernières années. On estime qu’en 2025, le volume mondial de données grimpera entre 150-175 zettabytes, les appareils IoT seuls étant responsables de 90 zettabytes de ces données.
Compte tenu de cette augmentation vertigineuse de la création de données, la solution développée en manipulant les centres de couleur des diamants peut aider à stocker davantage de données sans effort, entraînant une expansion significative de l’espace de stockage physique. Cette avancée arrive à point nommé, compte tenu de la demande croissante d’espace de stockage physique important dans divers secteurs.
Par exemple, Facebook génère 4 pétaoctets de données par jour, où 1 pétaoctet équivaut à 1 million de gigaoctets de données. Pour soutenir cela, Facebook possède et exploite 18 centres de données dans le monde, couvrant 40 millions de pieds carrés d’espace. Pourtant, Facebook n’est qu’un des géants technologiques confrontés à d’énormes volumes de données. Le moteur de recherche Google traite 3,5 milliards de requêtes quotidiennement, les utilisateurs de WhatsApp échangent plus de 65 milliards de messages par jour, et les internautes du monde entier génèrent près de 2,5 quintillions d’octets de données chaque jour. Cela souligne une demande incessante de stockage, stockage, et encore plus de stockage.
Sans aucun doute, les informations du CCNY sur les centres de couleur des diamants seraient révolutionnaires lorsqu’elles seraient mises à l’échelle.
Recherches antérieures sur les centres de couleur simples à vacance de germanium dans le diamant
Des recherches similaires sur les centres de couleur des diamants ont également été menées auparavant. La Recherche publiée en 2015, par exemple, a aidé à comprendre les défauts fluorescents de taille atomique dans les diamants comme une plateforme à l’état solide prometteuse pour la cryptographie quantique et le traitement de l’information quantique, servant de base aux études ultérieures dans ce domaine.
La recherche a testé la faisabilité d’utiliser des sources de photons uniques avec des méthodes de fabrication à haute intensité et reproductibles à cette fin. Elle a noté un nouveau centre de couleur dans le diamant, composé de germanium et d’une vacance, que les chercheurs ont appelé le centre GeV.
Une autre recherche, publiée en 2022, menée par des chercheurs de l’Université Saga et d’Adamant Namiki Precision Jewelry, a conduit au développement d’une nouvelle méthode de fabrication de plaquettes de diamant ultra-pures. Ces plaquettes mesurent 5 cm de diamètre.
Avec leur densité de données, ces plaquettes peuvent stocker l’équivalent d’un milliard de disques Blu‑ray. Pour mettre cela en perspective, un disque Blu‑ray typique peut stocker jusqu’à 25 Go de données. Ainsi, un milliard de disques Blu‑ray équivaudrait à un impressionnant 25 exaoctets de données. Pour réaliser cet exploit, la recherche a utilisé un centre azote‑vacance pour stocker les données sous forme de supraconducteur qubits quantiques.
Plus d’informations sur Adamant Namiki Precision Jewelry ou Orbray
Adamant Namiki Precision Jewelry a changé son nom en Orbray Co., Ltd., à compter du 1er janvier 2023. L’entreprise propose une large gamme de produits, incluant des bijoux de précision, des composants optiques à fibre, et de petits moteurs. Selon les applications, l’entreprise s’adresse aux domaines des communications d’information, des semi‑conducteurs, des machines industrielles, des robots, des automobiles, des dispositifs de conduite optique, de l’audio, et bien plus encore.
Fondée en 1939 et dont le siège est à Tokyo, Japon, Orbray est une société privée.
Entreprises travaillant sur la technologie des plaquettes de diamant
Alors qu’Orbray est connue pour la fabrication de plaquettes de diamant spécifiquement pour le stockage, il y a peu d’autres acteurs dans l’industrie qui ont développé une solution de stockage comparable. Cependant, il est notable que de nombreuses autres entreprises produisent des plaquettes de diamant pour diverses autres utilisations. Cela mérite attention car ces entreprises pourraient également se lancer dans des solutions de stockage dans un avenir proche, compte tenu de leur connaissance existante de la technologie fondamentale.
#1. Stanford Advanced Materials
Une autre entreprise reconnue pour la fabrication de plaquettes de diamant est Stanford Advanced Materials. Elle propose un produit appelé le CVD Diamond Wafer, reconnu pour ses propriétés optiques et thermiques haut de gamme. De plus, elle affirme que ces plaquettes de diamant possèdent d’excellentes propriétés physiques et chimiques. Notamment, elles présentent une bande presque continue de transparence optique du UV au THz, les rendant compatibles avec de multiples gammes de bandes, incluant les rayons X, ultraviolet, infrarouge, micro‑ondes, et plus encore.
CVD diamond wafers ont de nombreuses propriétés presque impossibles à atteindre pour les matériaux optiques généraux. Par exemple, elles sont capables de jouer des rôles cruciaux dans l’entrée d’énergie élevée, la faible perte diélectrique, le gain Raman élevé, la faible distorsion du faisceau, la résistance à l’érosion, et d’autres aspects.
Les CVD Diamond Wafer de Stanford servent de nombreuses industries, y compris l’aérospatiale, le militaire, et d’autres. Elles sont très efficaces dans la gestion thermique, surtout dans les composants électroniques à haute puissance, haute fréquence, miniaturisés et fortement intégrés.
Basée à Lake Forest, Californie, États‑Unis, Stanford Advanced Materials est en activité depuis 1994 et est une société privée.
#2. AKHAN Semiconductors
Une autre société de semi‑conducteurs très performante dans la fabrication de plaquettes de diamant est Akhan Semiconductors. En 2021, elle a fabriqué les premiers plaquettes de diamant CMOS de 300 mm. La technologie a été principalement développée pour améliorer la gestion de la puissance, la dissipation thermique, et la durabilité des appareils électroniques. Cependant, elle s’adresse à une variété d’industries et de processus de fabrication. Selon le PDG d’Akhan Semiconductor, Adam Khan, Les plaquettes de diamant d’Akhan aideront à construire des dispositifs plus puissants et plus durables.
Basée dans l’Illinois, États‑Unis, Akhan Semiconductor est une société privée fondée en 2012. Selon les dernières nouvelles disponibles, l’entreprise a levé 20 millions de dollars US le February 17th, 2022.
Autres solutions de stockage de données
Bien que l’exploration des centres de couleur dans les diamants soit indéniablement une innovation révolutionnaire dans le domaine du stockage de données, la solution n’est pas encore à grande échelle.
Un géant technologique qui continue d’expérimenter de nouvelles et meilleures technologies de stockage de données en permanence est Intel (INTC ). Il propose plusieurs technologies de stockage innovantes.
#1. Intel Storage Technologies
Sa Optane Technology, par exemple, aide à éliminer les goulets d’étranglement du stockage des centres de données, permettant aux utilisateurs de gérer des ensembles de données plus grands et plus abordables. Ses produits de technologie 3D NAND sont connus pour leur capacité et leur fiabilité. Ses solutions SSD EDSFF permettent d’atteindre une capacité améliorée à moindre coût.
INTC Graphique du prix
#2. Seagate
Seagate est un autre pionnier dans le domaine du stockage de données, ayant récemment introduit une innovation majeure. Leur dernière offre est le système de stockage en blocs multi‑pétaoctet haute performance, efficace et durable connu sous le nom de Exos® CORVAULT™. Les caractéristiques à haute densité de ce système assurent une utilisation optimale de l’espace, des cycles de vie prolongés, et une consommation d’énergie réduite par pétaoctet.
De plus, il contribue à réduire l’empreinte carbone du centre de données en nécessitant moins de ressources informatiques et réseau. Actuellement, la solution est disponible en deux variantes : la première variante offre jusqu’à 2,5 PB de stockage dans des racks de 1,2 mètre, tandis que la seconde fournit 1,5 PB pour des racks de 1,0 mètre de profondeur.
STX Graphique du prix
Pour l’exercice clos le 30 juin 2023, Seagate a enregistré un chiffre d’affaires de plus de US$7.3 billion, ce qui était nettement inférieur à son chiffre d’affaires de l’année précédente de plus de 11,5 milliards de dollars US.
Recherches futures sur les centres de couleur des diamants
De nombreuses recherches sont en cours pour explorer et mieux comprendre les centres de couleur des diamants. Les chercheurs sont motivés pour de nombreuses raisons, notamment parce que les centres de couleur présentent des propriétés optiques améliorées en termes de stabilité spectrale, de longueur d’onde et de propriétés de spin. Bien que le diamant soit généralement riche en centres optiques, l’origine exacte de ces centres reste souvent inconnue. On s’attend à ce que les recherches futures offrent sans aucun doute de nouvelles perspectives.
Les plaquettes de diamant ont constitué une percée importante pour le stockage de données en grande quantité. Et c’est un domaine où de nombreuses recherches sont actuellement menées. Mieux connaître les plaquettes de diamant aiderait à améliorer leurs propriétés en tant que systèmes de stockage, sans aucun doute.
Bien que, pour alimenter les semi‑conducteurs de prochaine génération, des scientifiques de l’Université de Chiba au Japon aient développé une méthode qui utilise des lasers pour créer des plaquettes de diamant. Selon Hirofumi Hidai, professeur à l’École d’ingénierie de l’Université de Chiba :
« Le découpage du diamant permet la production de plaquettes de haute qualité à faible coût et est indispensable pour fabriquer des dispositifs semi‑conducteurs. »
Cette méthode nouvellement développée est cruciale pour des raisons allant au-delà de l’utilisation du diamant comme semi‑conducteur. Elle aide à développer des mécanismes pour contrôler la formation de fissures à travers les diamants afin qu’ils puissent croître le long d’un plan souhaité.
En avril de cette année, Amazon Web Services a conclu une collaboration avec la filiale de De Beers, Element Six, pour développer des diamants synthétiques, qui seront utilisés dans la distribution de clés quantiques. Ce qui se démarque dans ce partenariat est leur méthode, qui consiste à créer des centres de couleur dans un diamant. Ces centres de couleur absorberont les photons contenant des informations quantiques pour les réémettre plus tard.
Selon Antia Lamas‑Linares, qui dirige le AWS Center for Quantum Networking :
« Nous [Amazon] pouvons déjà faire certaines choses à petite échelle, mais pour vraiment passer à une échelle mondiale – AWS est une entreprise mondiale – il y a quelques éléments qui doivent être développés. »
En conclusion, le monde verra davantage de recherches visant à exploiter les centres de couleur des diamants. Toutes ne contribueront pas à améliorer le stockage de données, mais beaucoup le feront. Les données sont le carburant sur lequel notre monde moderne fonctionne. Il est tout à fait naturel que les entreprises leaders investissent davantage à l’avenir dans des solutions qui aident à résoudre les besoins de stockage exponentiellement croissants.
