Supporti di archiviazione ingegnosi – Come i cristalli possono salvare l’umanità

Evoluzione dell’archiviazione dei dati

Registrare le informazioni è stato fondamentale per le civiltà. La comparsa di testimonianze scritte segna convenzionalmente il passaggio dalla preistoria alla storia. Dalle tavolette cuneiformi ai papiri, dai libri medievali alla stampa, le tecniche di scrittura hanno trasformato le società.

Oggi produciamo e gestiamo più dati che mai, ma la loro conservazione richiede manutenzione. Alcuni supporti digitali si deteriorano: un esempio è il deterioramento dei dischi, o disc rot, che può interessare gli strati di un CD. La durata varia molto con materiali, qualità e condizioni di conservazione. Anche gli archivi dei musei devono affrontare questo problema. DVD e Blu-ray possono subire altri processi di degrado simili.

Fonte: Digital Scrapbooking Storage

I supporti magnetici e i sistemi elettronici possono essere vulnerabili a campi intensi, sovratensioni o impulsi elettromagnetici. Tuttavia, una tempesta solare non cancellerebbe automaticamente tutti i dischi rigidi del mondo: il rischio dipende dall’esposizione, dalle infrastrutture e dalle protezioni.

La conservazione digitale richiede copie, controlli di integrità e migrazione a nuovi formati e supporti. Anche carta, pergamena e argilla possono deteriorarsi; la sopravvivenza di alcuni documenti antichi non garantisce quella di tutti gli archivi.

I ricercatori stanno quindi studiando supporti più duraturi, tra cui memorie ottiche trasparenti che ricordano i cristalli della fantascienza.

Fonte: RPF

Durata dei cristalli

Molti materiali si degradano nel tempo. La silice fusa impiegata in queste memorie è un vetro amorfo, non un cristallo minerale nel senso rigoroso del termine, ma offre grande stabilità chimica e termica.

La durata dipende dalla stabilità del materiale e delle nanostrutture che codificano i dati, oltre che dalle condizioni ambientali. Non basta classificare un materiale come cristallino per renderlo indistruttibile.

Fonte: Britannica

La silice fusa resiste bene al calore e agli agenti chimici; le prestazioni della memoria vanno comunque valutate nelle condizioni delle prove.

Queste proprietà hanno guidato il lavoro del professor Peter Kazansky dell’Università di Southampton. Nel 2024 il gruppo ha registrato una sequenza del genoma umano in una memoria di questo tipo.

Fonte: University of Southampton

In prospettiva, questa tecnologia potrebbe conservare grandi archivi di conoscenza per tempi molto lunghi.

“La chiave visiva incisa sul supporto indica a chi lo trova quali dati contiene e come potrebbero essere utilizzati.”

Sopra i livelli di dati, i ricercatori hanno inserito riferimenti a idrogeno, ossigeno, carbonio e azoto, alle quattro basi del DNA e alla loro struttura, alla doppia elica e all’organizzazione dei geni nei cromosomi. Queste indicazioni non costituiscono, da sole, istruzioni sufficienti per ricreare un essere umano.

Cristalli 5D

Il gruppo usa laser ultraveloci per scrivere nanostrutture orientate all’interno della silice. Alcune caratteristiche strutturali raggiungono dimensioni di circa 20 nanometri.

Fonte: ZME Science

Molti supporti convenzionali registrano dati su superfici o strati. Anche alcuni dischi ottici hanno più strati; la differenza non consiste semplicemente nell’opporre tutti i sistemi esistenti a una memoria tridimensionale.

Qui la codifica combina tre coordinate spaziali con due parametri ottici delle nanostrutture. Da questi cinque parametri deriva il nome “5D”.

Birefringenza

La posizione tridimensionale delle strutture permette di distribuire i dati nel volume del supporto. La birifrangenza indotta consente inoltre di distinguere caratteristiche ottiche come orientamento e ritardo di fase, aumentando l’informazione codificabile.

Una focalizzazione più stretta e lunghezze d’onda adeguate possono aumentare la densità. Le dimensioni di una nanostruttura non equivalgono però automaticamente alla distanza minima tra tutti i simboli registrati.

La codifica multivalore può aumentare la capacità rispetto a una sola scelta binaria per punto. Il gruppo ha indicato capacità potenziali fino a 360 terabyte nei supporti di dimensioni maggiori; non significa che ogni piccolo campione contenga già tale quantità di dati.

Memoria 5D

Durata estrema

Il materiale è silice fusa, resistente al calore e agli agenti chimici. Il gruppo riferisce resistenza a temperature fino a 1.000 °C, pressioni elevate e radiazione cosmica.

Le stime di durata su miliardi di anni derivano dalle proprietà del materiale e da modelli di invecchiamento: non sono osservazioni effettuate per quel periodo. La conservazione dei bit richiede anche che in futuro esistano strumenti e conoscenze per leggerli.

Applicazioni

Archivi permanenti

Questa tecnologia è pensata soprattutto per archivi da conservare senza modifiche frequenti, non come sostituto immediato della memoria riscrivibile dei computer.

Velocità, costo e strumenti di scrittura e lettura devono ancora migliorare per molti impieghi pratici.

Può essere interessante per informazioni importanti che devono rimanere disponibili per tempi molto lunghi, per esempio:

• Documenti storici e archeologici.
• Letteratura, musica e altre opere artistiche.
• Conoscenze scientifiche e raccolte di dati matematici, chimici, fisici e biologici.
• Registrazioni finanziarie da conservare a lungo, con adeguati strumenti di verifica e interpretazione.
• Copie di programmi e altri dati essenziali dei sistemi informatici.

Assicurazione contro le catastrofi

Il supporto contenente il genoma umano è stato depositato nell’archivio Memory Of Mankind, una capsula del tempo in una miniera di sale a Hallstatt, in Austria. La posizione all’interno della montagna non va confusa con una profondità verticale di due chilometri.

Il sale può deformarsi lentamente e contribuire a sigillare le cavità. Il progetto sfrutta l’ambiente della miniera per proteggere l’archivio, ma nessun deposito elimina ogni possibile rischio.

L’obiettivo è conservare la memoria umana: testimonianze personali, documentazione tecnica e informazioni importanti, come l’ubicazione di depositi di rifiuti pericolosi.

Memory of Mankind usa anche supporti ceramici per conservare testi e immagini a lungo termine. Il progetto prevede strumenti di decifrazione per aiutare i futuri lettori a interpretare lingue e contenuti.

Secondo il progetto, una tavoletta di microfilm ceramico di 20 × 20 cm può contenere circa cinque milioni di caratteri, equivalenti a più libri. La densità effettiva e la facilità di lettura dipendono dalla codifica e dagli strumenti disponibili.

Dati genetici di specie estinte

Alcune informazioni perdute non possono essere recuperate. Questo vale per il patrimonio umano e per il mondo naturale.

Le sequenze genetiche di specie minacciate o estinte possono quindi meritare una conservazione duratura.

Progressi come la creazione di una cellula batterica controllata da un genoma sintetico da parte del gruppo di Craig Venter nel 2010 e i progetti di ricerca sulla de-estinzione del mammut alimentano nuove possibilità. Tuttavia, una sequenza di DNA da sola non permette oggi di ricreare un essere umano o una specie animale complessa: servono anche cellule, sviluppo embrionale e molte altre conoscenze.

Esplorazione dello spazio profondo

Kazansky e il suo gruppo si sono ispirati alle targhe delle sonde Pioneer, lanciate dalla NASA su traiettorie dirette oltre il Sistema solare.

Fonte: Space.com

Memorie 5D potrebbero conservare informazioni durante missioni spaziali molto lunghe. Un esempio simbolico è il supporto contenente la Trilogia della Fondazione di Asimov, portato sulla Tesla Roadster lanciata nello spazio nel 2018 (TSLA ).

L’idea di inviare dati e macchine per creare esseri umani in altri sistemi stellari resta invece altamente speculativa. Conservare un genoma non risolve i problemi biologici, tecnologici ed etici di una simile missione.

Investire nell’archiviazione dei dati

Le memorie 5D sono ancora una tecnologia specialistica, sviluppata anche da 5D Memory Crystal / SPhotonics, nata dalla ricerca dell’Università di Southampton. Altre imprese studiano approcci diversi alla conservazione dei dati.

È possibile acquistare titoli di aziende del settore attraverso intermediari. Su securities.io sono disponibili confronti di broker negli Stati Uniti, Canada, Australia, Regno Unito, e in molti altri paesi.

Per un’esposizione più diversificata al settore tecnologico si possono esaminare fondi come ProShares Nanotechnology ETF (TINY), Global X Cloud Computing ETF (CLOU), oppure Defiance Quantum ETF (QTUM). Questi ETF hanno strategie e rischi differenti e non rappresentano un investimento diretto nella memoria 5D.

Aziende di archiviazione dei dati

1. Twist Bioscience

L’azienda è specializzata nella sintesi del DNA e applica tecniche di miniaturizzazione derivate dall’industria dei semiconduttori per aumentare la capacità produttiva e ridurre l’impiego di reagenti.

Sta anche studiando l’archiviazione dei dati nel DNA, un approccio distinto dalle memorie in silice. Anche questo richiede sistemi specifici di codifica, sintesi, conservazione e lettura.

La miniaturizzazione riduce i volumi delle reazioni e consente di sintetizzare molte sequenze in parallelo su un chip. Capacità e vantaggi dipendono dalla piattaforma e dal prodotto utilizzati.

Fonte: Twist Biosciences

Nel gennaio 2023 Twist ha iniziato a spedire prodotti dal suo secondo impianto produttivo, costruito per aumentare la capacità. Le prestazioni a regime dipendono dall’avvio e dall’utilizzo dell’impianto.

La capacità di sintesi di acidi nucleici può servire anche alla ricerca sugli aptameri. Questo non dimostra però che Twist sia già un produttore di farmaci anticoagulanti approvati.

Come fornitore di sequenze, Twist può collaborare con ricercatori e aziende in campi diversi, dall’archiviazione dei dati agli aptameri anticoagulanti. Il successo di ciascuna applicazione dipende da risultati tecnici, costi e, per i farmaci, sperimentazioni e autorizzazioni.

2. Pure Storage

DNA e memorie 5D potrebbero un giorno contribuire alla conservazione di dati critici. Nel frattempo, le esigenze operative continuano a essere soddisfatte soprattutto da supporti elettronici e magnetici.

Pure Storage offre sistemi di archiviazione e servizi in abbonamento. Nel secondo trimestre dell’esercizio 2025, terminato il 4 agosto 2024, i ricavi sono cresciuti dell’11% su base annua e quelli dei servizi in abbonamento del 25%. Tra i clienti citati dall’azienda figurano Meta, Comcast (CMCSA ), Domino’s Pizza (DPZ ) e NASA.

Fonte: Pure Storage

L’azienda cita applicazioni dei propri sistemi a progetti di dati e AI presso organizzazioni come SiriusXM (SIRI ) e AutoNation (AN ).

FlashArray e FlashBlade usano memoria flash e sono progettati per carichi diversi. I vantaggi rispetto ai dischi rigidi dipendono dal sistema confrontato, dal carico e dal costo complessivo.

Pure Storage dichiara risparmi di energia e spazio rispetto a sistemi convenzionali. Questi confronti del produttore dipendono dalle configurazioni e non garantiscono lo stesso risultato in ogni installazione.

Fonte: Pure Storage

Ridurre i consumi dell’archiviazione può contribuire all’efficienza dei data center, ma non elimina l’energia richiesta da calcolo, raffreddamento e rete.

Pure Storage ha affiancato all’hardware software e servizi in abbonamento, con offerte per ambienti locali, ospitati e cloud. Non è semplicemente diventata un gestore di cloud pubblico.

L’aumento dei carichi AI può sostenere la domanda di archiviazione efficiente, ma non garantisce ricavi o rendimenti. La pressione sui consumi energetici è illustrata anche dall’accordo annunciato nel 2024 da Microsoft per l’energia di un previsto riavvio dell’unità 1 di Three Mile Island (MSFT ). Il riavvio era soggetto a lavori, autorizzazioni e condizioni contrattuali.