Menerobos Batas Baru: Bagaimana Memanipulasi ‘Color Centers’ pada Berlian Dapat Mengubah Penyimpanan Data?

Color centers dalam berlian adalah sesuatu yang sangat menarik bagi peneliti dan komunitas ilmiah dalam beberapa waktu terakhir. Sebelum menyelami lebih dalam bagaimana mereka dapat membantu memenuhi kebutuhan penyimpanan yang terus meningkat, mari kita memahami secara singkat apa itu color centers dalam berlian. 

Apa itu Centers?

Color centers adalah cacat dalam struktur ikatan suatu material. Ikatan, dalam hal ini, mengacu pada tarikan jangka panjang antara atom atau ion dalam sebuah molekul. Gaya yang mengikat atom atau ion dapat berupa gaya elektrostatik antara ion yang berlawanan muatan. Itu juga dapat berasal dari berbagi elektron. 

Cacat dalam struktur ikatan dapat muncul dalam berbagai bentuk, seperti lubang, eksiton, kekosongan, atau impuritas. Eksiton tidak lain adalah elektron yang terjebak dalam keadaan tereksitasi.  

Color centers hidup sebagai titik terlokalisasi dalam material di mana struktur ikatan telah berubah. Pembentukan color centers menghasilkan perubahan pada refraktivitas molar material. Namun, dalam kasus berlian, color centers berguna untuk aplikasi kuantum. 

Lebih penting lagi, komunitas ilmiah telah menyelidiki color centers selama beberapa tahun terakhir karena sifat optiknya yang meningkat. Mereka menemukan bahwa nitrogen‑vacancy center sangat berguna karena keadaan spin dasarnya yang tinggi dengan waktu koherensi spin yang menguntungkan dari suhu kriogenik hingga suhu ruang. 

Baru-baru ini, para fisikawan di City College of New York (CCNY) telah mengembangkan teknik yang berpotensi memperkuat dan memperluas kapasitas penyimpanan data dalam berlian. 

Klik di sini untuk daftar perusahaan cloud computing terbaik.

Terobosan Penyimpanan Data Optik: Centres dalam Berlian dan Terobosan Ilmiah

Penelitian yang berjudul “Reversible Optical Data Storage (DTST ) below the Diffraction Limit” berfokus pada teknologi multiplexing penyimpanan dalam domain spektral. Ini mengimplikasikan kemungkinan menyimpan banyak gambar berbeda di tempat yang sama dalam berlian. Yang dibutuhkan hanyalah penggunaan laser dengan warna yang sedikit berbeda. Akibatnya, informasi yang beragam dapat disimpan pada atom‑atom yang berbagi titik mikroskopis yang sama. 

Menurut Tom Delord, seorang peneliti pascadoktoral di CCNY, metode ini mampu menemukan jalannya “ke aplikasi komputasi” yang memerlukan “penyimpanan berkapasitas tinggi.” 

Untuk mencapai apa yang telah mereka capai sejauh ini, para ilmuwan di CCNY harus mengendalikan muatan listrik pada color centers. Mereka melakukannya dengan menggunakan laser pita sempit dan kondisi kriogenik secara sangat presisi. Perlu disebutkan bahwa kriogenik adalah studi ilmiah tentang material dan perilakunya pada suhu sangat rendah. 

Menurut para peneliti, metode ini membantu mereka:

“Menulis dan membaca bit data kecil pada tingkat yang jauh lebih halus daripada yang sebelumnya memungkinkan, hingga satu atom.” 

Mengapa Terobosan Ini Penting?

Secara esensial, penelitian ini menunjukkan cara menyimpan lebih banyak data dalam ruang terbatas. Hal ini semakin penting, karena penelitian dan perkembangan terkait sangat krusial bagi zaman kita. Urgensi perkembangan ini ditekankan oleh fakta bahwa volume data yang harus kita simpan meningkat secara eksponensial setiap hari.

Dalam konteks, menurut penelitian terbaru, terdapat 64 zettabyte data di dunia yang sepenuhnya dalam bentuk digital, di mana satu zettabyte setara dengan satu triliun gigabyte. Secara mencengangkan, 90% data dunia dibuat dalam dua tahun terakhir. Diperkirakan pada tahun 2025, volume data global akan melonjak menjadi antara 150‑175 zettabyte, dengan perangkat IoT saja bertanggung jawab atas 90 zettabyte data tersebut.

Mengingat peningkatan data yang luar biasa ini, solusi yang dikembangkan dengan memanipulasi color centers pada berlian dapat membantu menyimpan lebih banyak data tanpa upaya tambahan, menghasilkan perluasan signifikan pada ruang penyimpanan fisik. Kemajuan ini tepat waktu, mengingat kebutuhan yang meningkat akan ruang penyimpanan fisik yang besar di berbagai sektor.

Sebagai contoh, Facebook menghasilkan 4 petabyte data per hari, di mana 1 petabyte setara dengan 1 juta gigabyte data. Untuk mendukung ini, Facebook memiliki dan mengoperasikan 18 pusat data secara global, mencakup 40 juta kaki persegi ruang. Namun, Facebook hanyalah salah satu raksasa teknologi yang bergulat dengan volume data yang masif. Mesin pencari Google memproses 3,5 miliar kueri setiap hari, pengguna WhatsApp menukar lebih dari 65 miliar pesan per hari, dan pengguna internet di seluruh dunia menghasilkan hampir 2,5 kuintiliun byte data setiap hari. Hal ini menegaskan permintaan yang tak henti‑hentinya akan penyimpanan, penyimpanan, dan lebih banyak penyimpanan.

Tidak diragukan lagi, informasi CCNY dengan color centers pada berlian akan menjadi pengubah permainan bila diterapkan pada skala besar. 

Penelitian Sebelumnya tentang Germanium‑Vacancy Single Centers dalam Berlian

Penelitian serupa tentang color centers pada berlian juga telah dilakukan sebelumnya. Penelitian yang dipublikasikan pada 2015, misalnya, membantu memahami cacat fluoresen berukuran atomik dalam berlian sebagai platform padat‑state yang menjanjikan untuk kriptografi kuantum dan pemrosesan informasi kuantum, menjadi langkah dasar bagi studi selanjutnya di bidang ini.

Penelitian tersebut menguji kelayakan penggunaan sumber foton tunggal dengan intensitas tinggi dan metode fabrikasi yang dapat direproduksi untuk tujuan ini. Penelitian itu mencatat adanya color center baru dalam berlian, yang terdiri dari germanium dan sebuah kekosongan, yang disebut peneliti sebagai GeV center. 

Penelitian lain, yang dipublikasikan pada 2022, dilakukan oleh peneliti di Saga University dan Adamant Namiki Precision Jewelry, menghasilkan metode baru untuk memproduksi wafer berlian ultra‑high purity. Wafer berlian ini berukuran 5 cm. 

Dengan kepadatan data mereka, wafer ini dapat menyimpan setara dengan satu miliar disc Blu‑ray. Untuk memberi perspektif, sebuah disc Blu‑ray standar dapat menyimpan hingga 25 GB data. Oleh karena itu, satu miliar disc Blu‑ray setara dengan 25 exabyte data yang luar biasa. Dalam pencapaian ini, penelitian memanfaatkan nitrogen‑vacancy center untuk menyimpan data dalam bentuk qubit kuantum superkonduktor.

Lebih Lanjut tentang Adamant Namiki Precision Jewelry atau Orbray

Adamant Namiki Precision Jewelry mengubah namanya menjadi Orbray Co., Ltd., efektif per 1 Januari 2023. Perusahaan ini memiliki rangkaian produk yang luas, termasuk perhiasan presisi, komponen serat optik, dan motor kecil. Berdasarkan aplikasi, perusahaan melayani bidang komunikasi informasi, semikonduktor, mesin industri, robot, otomotif, perangkat penggerak optik, audio, dan banyak lagi. 

Didirikan pada 1939 dan berpusat di Tokyo, Jepang, Orbray adalah sebuah perusahaan swasta. 

Perusahaan yang Bekerja pada Teknologi Wafer Berlian

Sementara Orbray dikenal karena memproduksi wafer berlian khusus untuk penyimpanan, ada beberapa perusahaan lain di industri yang telah mengembangkan solusi penyimpanan yang sebanding. Namun, patut dicatat bahwa banyak perusahaan lain memproduksi wafer berlian untuk berbagai tujuan lain. Hal ini penting karena perusahaan‑perusahaan tersebut mungkin juga akan memperluas ke solusi penyimpanan di masa mendatang, mengingat pengetahuan mereka tentang teknologi dasar.

#1. Stanford Advanced Materials

Perusahaan lain yang terkenal karena memproduksi wafer berlian adalah Stanford Advanced Materials. Mereka menawarkan produk yang dikenal sebagai CVD Diamond Wafer, yang terkenal dengan sifat optik dan termal kelas atas. Lebih lanjut, mereka mengklaim wafer berlian ini memiliki sifat fisik dan kimia yang luar biasa. Secara khusus, wafer ini menampilkan pita transparansi optik yang hampir kontinu dari UV hingga THz, menjadikannya kompatibel dengan berbagai rentang pita, termasuk sinar X, ultraviolet, inframerah, gelombang mikro, dan lainnya.

CVD diamond wafers memiliki banyak sifat yang hampir tidak dapat dicapai oleh material optik umum. Misalnya, mereka mampu memainkan peran penting dalam input energi tinggi, kehilangan dielektrik rendah, penguatan Raman tinggi, distorsi berkas rendah, ketahanan erosi, dan aspek lainnya. 

CVD diamond wafers Stanford melayani banyak industri, termasuk kedirgantaraan, militer, dan lainnya. Mereka sangat efisien dalam manajemen termal, terutama pada komponen elektronik berdaya tinggi, frekuensi tinggi, miniatur, dan sangat terintegrasi. 

Berpusat di Lake Forest, California, Amerika Serikat, Stanford Advanced Materials telah beroperasi sejak 1994 dan merupakan sebuah perusahaan swasta. 

#2. AKHAN Semiconductors

Perusahaan semikonduktor lain yang sangat berhasil dalam memproduksi wafer berlian adalah Akhan Semiconductors. Pada tahun 2021, mereka memproduksi wafer berlian CMOS (complementary metal‑oxide‑semiconductor) pertama berukuran 300 mm. Teknologi ini terutama dikembangkan untuk meningkatkan penanganan daya, manajemen panas, dan daya tahan elektronik. Namun, teknologi ini melayani berbagai industri dan proses manufaktur. Menurut CEO Akhan Semiconductor, Adam Khan, wafer berlian Akhan akan membantu membangun perangkat yang lebih kuat dan tahan lama. 

Berpusat di Illinois, Amerika Serikat, Akhan Semiconductor adalah perusahaan swasta yang didirikan pada 2012. Menurut berita terbaru yang tersedia, perusahaan tersebut mengumpulkan US$20 juta pada 17 Februari 2022. 

Solusi Penyimpanan Data Lainnya

Sementara eksplorasi color centers dalam berlian jelas merupakan inovasi yang mengubah permainan dalam bidang penyimpanan data, solusi ini belum dapat diskalakan. 

Salah satu raksasa teknologi yang terus bereksperimen dengan teknologi penyimpanan data baru dan lebih baik adalah Intel (INTC ). Mereka memiliki banyak teknologi penyimpanan inovatif untuk ditawarkan. 

#1. Intel Storage Technologies 

Misalnya, Optane Technology membantu menghilangkan bottleneck penyimpanan pusat data, memungkinkan pengguna menangani dataset yang lebih besar dan lebih terjangkau. Produk teknologi 3D NAND mereka dikenal karena kapasitas dan keandalannya. Solusi SSD EDSFF mereka membantu mencapai kapasitas yang lebih baik dengan biaya lebih rendah. 

Pendapatan Intel tahun 2022 berjumlah $63,1 miliar, turun $16,0 miliar, atau 20 %, dari 2021. Perusahaan menginvestasikan $17,5 miliar dalam R&D, melakukan investasi modal sebesar $24,8 miliar, dan menghasilkan $15,4 miliar kas dari operasi serta $(4,1) miliar arus kas bebas yang disesuaikan.

#2. Seagate

Seagate adalah pelopor lain dalam bidang penyimpanan data, yang baru‑baru ini memperkenalkan inovasi signifikan. Penawaran terbaru mereka adalah sistem penyimpanan blok multi‑petabyte yang berperforma tinggi, efisien, dan tahan lama yang dikenal sebagai Exos® CORVAULT™. Fitur kepadatan tinggi sistem ini memastikan pemanfaatan ruang optimal, siklus hidup yang diperpanjang, dan konsumsi daya per petabyte yang lebih rendah. 

Selain itu, sistem ini berkontribusi pada pengurangan jejak karbon pusat data dengan memerlukan lebih sedikit sumber daya komputasi dan jaringan. Saat ini, solusi tersedia dalam dua varian: varian pertama menawarkan hingga 2,5 PB penyimpanan dalam rak 1,2 meter, sementara varian kedua menyediakan 1,5 PB untuk rak 1,0 meter. 

Untuk tahun keuangan yang berakhir pada 30 Juni 2023, Seagate mencatat pendapatan lebih dari US$7,3 miliar, yang secara signifikan lebih rendah dibandingkan pendapatan tahun sebelumnya yang lebih dari US$11,5 miliar.

Penelitian Masa Depan tentang Diamond Centers

Banyak penelitian sedang dilakukan untuk mengeksplorasi dan memahami color centers pada berlian secara lebih baik. Para peneliti termotivasi oleh berbagai alasan, terutama karena color centers menunjukkan sifat optik yang lebih baik dalam hal stabilitas spektral, panjang gelombang, dan sifat spin. Meskipun berlian umumnya kaya akan pusat optik, asal usul tepat dari pusat‑pusat ini sering tetap tidak diketahui. Diperkirakan penelitian di masa depan akan memberikan wawasan lebih lanjut. 

Wafer berlian telah menjadi terobosan signifikan untuk penyimpanan data dalam jumlah besar. Dan ini adalah salah satu bidang di mana banyak penelitian sedang berlangsung saat ini. Memahami wafer berlian lebih dalam akan membantu meningkatkan sifatnya sebagai sistem penyimpanan, tanpa diragukan lagi. 

Meskipun untuk memberi daya pada semikonduktor generasi berikutnya, ilmuwan di Universitas Chiba, Jepang, telah mengembangkan metode yang menggunakan laser untuk membuat wafer berlian. Menurut Hirofumi Hidai, profesor di Sekolah Teknik Universitas Chiba:

“Pemotongan berlian memungkinkan produksi wafer berkualitas tinggi dengan biaya rendah dan sangat penting untuk pembuatan perangkat semikonduktor.” 

Metode yang baru dikembangkan ini penting karena melampaui penggunaan berlian sebagai semikonduktor. Metode ini membantu mengembangkan mekanisme untuk mengontrol pembentukan retakan melalui berlian sehingga dapat tumbuh sepanjang bidang yang diinginkan. 

Pada bulan April tahun ini, Amazon Web Services menjalin kolaborasi dengan anak perusahaan De Beers, Element Six, untuk mengembangkan berlian sintetis, yang akan digunakan dalam distribusi kunci kuantum. Yang menonjol dalam kemitraan ini adalah metode mereka, yang melibatkan penciptaan color centers dalam berlian. Color centers ini akan menyerap foton yang mengandung informasi kuantum untuk dipancarkan kembali nanti. 

Menurut Antia Lamas‑Linares, yang memimpin AWS Center for Quantum Networking:

“Kami [Amazon] sudah dapat melakukan beberapa hal pada skala relatif kecil, tetapi untuk benar‑benar membawanya ke skala global – AWS adalah perusahaan global – ada beberapa hal yang perlu dikembangkan.”

Sebagai kesimpulan, dunia akan melihat lebih banyak penelitian yang menargetkan pemanfaatan diamond color centers. Tidak semua akan membantu meningkatkan penyimpanan data, tetapi banyak yang akan. Data adalah bahan bakar yang menggerakkan dunia modern kita. Hal ini sangat wajar bahwa perusahaan‑perusahaan terkemuka akan berinvestasi lebih banyak di masa depan pada solusi yang membantu menyelesaikan kebutuhan penyimpanan yang tumbuh secara eksponensial.