コンピューティング

巧妙な記録媒体 – 結晶が人類を救う方法

公開日 2024年9月24日

更新日 2026年7月31日

著者

Jonathan Schramm

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進化するデータストレージ

Recording data was crucial to civilization’s founding. In fact, the invention of written records defined the separation between the prehistorical and historical periods. From early cuneiform clay tablets and papyrus scrolls to medieval books and the printing press, improvements in writing methods and technology have been transformative to human societies.

今日、私たちはかつてないほど多くのデータを記録・処理しています。しかし逆説的に、記録媒体はますます脆弱になっています。例えば、現在ではディスクロット（CDロット）、すなわちコンパクトディスク（CD）の反射層が劣化する現象が知られています。このような記録装置の大半は、博物館のアーカイブを含む、数十年で読めなくなる可能性が高いです。同様の問題はDVDやブルーレイといった他の光学ストレージにも影響します。

出典: Digital Scrapbooking Storage

同様に、ハードドライブは電磁波に非常に敏感であるため、十分に強力な太陽嵐やEMP（電磁パルス）によって世界中のデータの大部分が消去される可能性があります。

総じて、羊皮紙、パピルス、粘土に書かれた写本と比較すると、現代の知識は数十年から数世紀しか持たず、ある大災害が起これば完全に破壊される危機にあります。

幸いなことに、研究者たちははるかに耐久性のあるデータストレージ技術の探索を進めています。そして興味深いことに、それはSF番組のエイリアン船に見られる結晶のような形をしているかもしれません。

出典: RPF

結晶の耐久性

Most materials degrade in time, whether it be advanced engraving on silicon wafers or paper/animal skins. However, mineral crystal is one type of structure that stays remarkably stable for millennia, if not millions of years.

ほとんどの材料は時間とともに劣化します。シリコンウェハ上の高度なエングレービングや紙・動物の皮でも同様です。しかし、鉱物結晶は何千年、場合によっては何百万年もの間、驚くほど安定した構造を保ちます。

これは、結晶が原子レベルで非常に剛性のある組織構造を持っているためです。つまり、結晶を破壊し始めるには、大きな繊維間の結合やシリコン原子の電磁的荷電を減らすだけではなく、原子レベルで破壊しなければなりません。

出典: Britannica

このため、結晶は熱、微生物、電磁気からの損傷に対して極めて耐性があります。

これらの特性により、サウサンプトン大学のPeter Kazansky教授は結晶データストレージの開発に取り組みました。彼らは最近、人間ゲノム全データを1つの結晶に記録することに成功しました。

出典: University of Southampton

長期的には、人類の知識全体をほぼ永遠に保存する手段となり得ます。

“結晶に刻まれた視覚的キーは、内部に保存されたデータとその利用方法を探し出す者に伝えます。

密集したデータ層の上に、キーは宇宙の基本元素（水素、酸素、炭素、窒素）とDNA分子の四つの塩基（アデニン、シトシン、グアニン、チミン）とその分子構造、DNAの二重らせん構造内での配置、そして遺伝子が染色体に位置し、細胞に挿入できる様子を示しています。”

5D結晶

The way they did it is by leveraging the 3D nature of crystals. They record the data in the crystal using ultra-fast lasers to precisely inscribe data into nano-structured voids within silica crystal – with feature sizes as small as 20 nanometres.

出典: ZME Science

これは、現在主に使用されているデータ記録方法、すなわち紙、磁気テープ、シリコンウェハ上の2次元平面にデータを記録する方法とは対照的です。

代わりに、結晶の全深さ（3次元）にデータを記録し、さらに3次元空間に2つの光学次元を加えることでデータ密度の層を追加しています。

複屈折

In theory, “simple” 3D data storage using the spatial position of the nanoscopic void in the crystal could be enough. However, it would require much larger crystals or limit the data volume that can be held per crystal.

理論的には、結晶内のナノスケール空洞の空間位置を利用した「シンプル」な3Dデータストレージだけで十分かもしれません。しかし、それにははるかに大きな結晶が必要になるか、結晶あたりのデータ容量が制限されます。

So the researchers also leverage a phenomenon dubbed “birefringence”. It means that the material redirects light differently depending on the light polarization. This allows us to multiply the data storage density 8x.

そこで研究者は「複屈折」と呼ばれる現象も利用しています。これは、光の偏光状態に応じて材料が光を異なる方向に屈折させることを意味し、データ保存密度を8倍に増やすことが可能になります。

データをより狭い焦点光学と短波長光で記録することで、ブルーレイディスクに匹敵する空間（3D）密度化が可能となり、ピットサイズは200nm未満になります。

複屈折が提供する第4・第5次元と組み合わせることで、1つのピットが1ビットではなく8ビット（1バイト）の情報を保持でき、直径12cmのディスク1枚で数百テラバイトという前例のない容量が実現可能です。

5D Memory Crystal

極端な耐久性

Not only this would be as dense of data storage as Blu-rays, but it would also be a lot more durable. The crystal used is equivalent to fused quartz, one of the most chemically and thermally durable materials on Earth.

これにより、ブルーレイと同等のデータ密度を持つだけでなく、はるかに耐久性が向上します。使用される結晶はフューズドクオーツに相当し、地球上で最も化学的・熱的に耐久性の高い材料の一つです。

It can withstand the high and low extremes of freezing, fire, and temperatures of up to 1000 °C. The crystal can also withstand a direct impact force of up to 10 tons per cm2 and is unchanged by long exposure to cosmic radiation. It is similarly unaffected by intense electric currents.

凍結や炎、最大1000°Cまでの温度変化の極端な高低に耐えることができます。また、結晶は1cm²あたり10トンまでの直接衝撃力に耐え、長時間の宇宙放射線にさらされても変化しません。さらに、強い電流にも影響を受けません。

応用

永続的アーカイブ

While ultra-durable, such a data storage system is not rewritable. So we should not expect this sort of technology …

超耐久であるものの、このようなデータストレージシステムは書き換えができません。したがって、この技術がすぐに私たちのコンピュータに組み込まれることは期待できません。

また、光学ディスクほど高速・簡便に読み取れるわけではないため、頻繁に参照するデータの媒体としては適していません。

しかしながら、超長期間にわたり変更せずに保存したいアーカイブには最適な保存形式です。したがって、時間とともに変化せず、保存に価値がある多種多様な情報を保存する優れたシステムとなります。

歴史的・考古学的記録。
文学、音楽、そして一般的な芸術。
科学的知識、科学史から既知の数学、化学、物理学、生物学などのデータバンクまで。
金融データ。このような保存は、分散型ブロックチェーンネットワークよりも耐久性が高い可能性があります。
バックアッププログラムやITシステムのコアデータ。

災害保険

The human genome data recently recorded on the 5D crystal is going to be stored in the Memory Of Mankind archives. This is a special time capsule within a salt cave buried 2km deep in Hallstatt, Austria.

山の地質により、MOMアーカイブは自然現象である塩の「流れ」によって完全に閉じ込められます。塩は年率2cmの速度で空洞に流入し、最大の脅威である人類自身からアーカイブを保護します。

Its goal is the archiving of human memory, from testimonies and stories collected by individuals to the documentation of technology, as well as for example the locations of nuclear or toxic waste repositories.

Previously, Memory Of Mankind relied on high-tech ceramic to store text and images permanently with a goal to be readable in 1 million years. It will also contain a very extensive deciphering tool to explain our language.

セラミックマイクロフィルムのタブレット（20×20 cm）は最大500万文字を収めることができ、これは5×400ページの本に相当します。セラミックマイクロフィルムの本は、印刷版と比べて体積が1/200です。

絶滅種の遺伝データ

Some data can also never be restored when lost. This is true not only for human achievement but also for the natural world.

失われたデータは復元できないこともあります。これは人類の成果だけでなく、自然界にも当てはまります。

For example, the genetic data of extinct or endangered species could (should?) be archived in such a long-lasting way.

例えば、絶滅または絶滅危惧種の遺伝データは、このように長期保存できる形でアーカイブすべきです。

Considering the creation of a synthetic bacterium by Dr Craig Venter’s team in 2010, and the current effort to resurrect mammoths, it is not far-fetched to imagine in a few decades or centuries efforts being made to recreate from scratch such extinct species.

2010年にCraig Venter博士のチームが合成バクテリアの作成を行い、また現在のマンモス復活プロジェクトを考えると、数十年から数世紀後に絶滅種をゼロから再創造しようとする試みが行われることは、決して空想ではありません。

深宇宙探査

Pr. Kazansky and his team took inspiration from the Pioneer spacecraft plaques which were launched by NASA on a path to take it beyond the confines of the Solar System.

出典: Space.com

5D結晶は、データ損失を最小限に抑えて星々間で情報を転送する手段として利用できる可能性があります。実際、これはすでに行われており、マーケティング的な側面もありますが、アシモフの『ファウンデーション』三部作を収めた5D結晶が2018年に宇宙へ送られたTesla Roadsterに搭載されました (TSLA ) 。

創造的な思想家の中には、これが高速航法なしで人類が星々を探査する手段になると考える者もいます。データと「ゼロから」ヒト胚を作成するための機械を搭載した船を送れば、遠く離れた星々で新たな入植者を誕生させることができるでしょう。

データストレージへの投資

5D crystals are, for now, a very new technology, also being developed by the private company 5D Memory Crystal / SPhotonics, spun off from the University of Southampton. However, other companies are exploring how to make data storage technology far more resilient than our current methods.

多くのブローカーを通じてデータストレージ企業に投資することができ、securities.ioでは、米国、カナダ、オーストラリア、英国、およびその他多数の国々における最適なブローカーの推奨リストをご覧いただけます。

データストレージ企業だけに興味がない場合は、ProShares Nanotechnology ETF（TINY）、Global X Cloud Computing ETF（CLOU）、またはDefiance Quantum ETF（QTUM）といったテックETFも検討できます。これらは、現代経済におけるデータとITの重要性に乗じたより分散されたエクスポージャーを提供します。

データストレージ企業

1. Twist Biosciences

TWST 価格チャート

同社はDNA合成を専門としており、半導体産業のミニチュア化手法を活用して研究者の時間とコストを削減しています。

また、DNAベースのデータストレージの構築にも取り組んでおり、電子システムに依存しないデータ保護が可能です。したがって、先進的なデータストレージ技術は結晶だけでなくDNAを利用する可能性があります。

このミニチュア化により、反応容積を1,000,000倍に減少させ、スループットを1,000倍に向上させ、単一のシリコンチップ上でフルスケールで9,600遺伝子の合成が可能になります。

出典: Twist Biosciences

2023年1月、同社は新たに立ち上げた第2製造拠点から製品の出荷を開始しました。新工場によりTwistの生産能力は倍増する見込みです。

高度なDNA・RNA合成能力により、抗凝固製品市場が拡大すれば、Twistは迅速に主要なアプタマー製造業者となる可能性があります。

「中立的」なプロデューサーとして、最高の価格で最高品質の核酸配列を提供することに注力しているため、データストレージや抗凝固アプタマーなど有用な核酸を商業化したい製薬会社にとって、選ばれる製造パートナーとなり得ます。

2. Pure Storage

将来的にDNAや5D結晶ストレージで重要データを保護することが完全に可能である一方、当面は余分なデータストレージの需要は従来のシリコンベースのソリューションで満たされるでしょう。

Pure Storageは「Storage-as-a-Service」（STaaS）市場のリーダーです。年率18%の成長を続け、すでに12,500社以上のグローバル顧客（2022年の9,000社から増加）を抱えており、Meta、Comcast (CMCSA ) 、Domino’s Pizza (DPZ ) 、NASAなどが含まれます。