Pagtuklas ng Bagong Lupa: Paano Maaaring Baguhin ng Pag-manipula sa ‘Color Centers’ ng Diyamante ang Imbakan ng Datos?

Ang mga color center sa mga diyamante ay isang bagay na labis na kinagigiliwan ng mga mananaliksik at ng komunidad na pang-agham kamakailan. Bago tayo sumisid nang mas malalim sa kung paano nila matutulungan ang pagtugon sa ating lumalaking pangangailangan sa imbakan, magkaroon muna tayo ng mabilis na pag-unawa kung ano ang mga color center na ito sa mga diyamante.

Ano ang mga Center?

Ang mga color center ay mga depekto sa loob ng estruktura ng pagkakabond ng isang materyal. Ang mga bond, sa kasong ito, ay nangangahulugang matagal nang atraksyon sa pagitan ng mga atom o ion sa loob ng isang molekula. Ang puwersang nagbubuklod sa mga atom o ion ay maaaring electrostatic na puwersa sa pagitan ng magkasalungat na kargadong ion. Maaari rin itong magmula sa pagbabahagi ng mga electron.

Ang mga depekto sa loob ng estruktura ng bond ay maaaring magpakita sa iba’t ibang anyo, tulad ng mga butas, exciton, bakante, o dumi. Ang mga exciton ay wala kundi mga electron na nakabaon sa mga excited na estado.

Ang mga color center ay nabubuhay bilang mga lokal na punto sa materyal kung saan nagbago ang mga estruktura ng bond. Ang pagbuo ng mga color center ay nagdudulot ng pagbabago sa molar refractivity ng materyal. Gayunpaman, sa kaso ng mga diyamante, ang mga color center ay kapaki-pakinabang para sa mga quantum na aplikasyon.

Mas mahalaga, ang komunidad na pang-agham ay nag-imbestiga ang mga color center sa nakaraang ilang taon para sa kanilang pinahusay na mga katangiang optikal. Natuklasan nila na ang nitrogen-vacancy center ay partikular na kapaki-pakinabang dahil sa mataas nitong spin ground state na may kanais-nais na spin coherence time mula sa cryogenic hanggang sa temperatura ng silid.

Kamakailan, ang mga pisiko sa City College of New York (CCNY) ay nakabuo ng isang teknik na maaaring palakasin at palawakin ang kapasidad ng imbakan ng datos sa mga diyamante.

I-click dito para sa listahan ng pinakamahusay na mga kompanya sa cloud computing.

Rebolusyon sa Optical Data Storage: Mga Centre sa Diyamante at Isang Siyentipikong Pagtuklas

Ang pananaliksik, na pinamagatang “Reversible Optical Data Storage (DTST ) below the Diffraction Limit,” ay nakatuon sa teknolohiya ng multiplexing ng imbakan sa spectral domain. Ipinapahiwatig nito ang posibilidad ng pag-imbak ng maraming iba’t ibang imahe sa parehong lugar sa diyamante. Ang kailangan lamang ay ang paggamit ng laser na bahagyang ibang kulay. Bilang resulta, magreresulta ito sa pag-imbak ng iba’t ibang impormasyon sa iba’t ibang atom na nagbabahagi ng parehong mikroskopikong spot.

Ayon kay Tom Delord, isang postdoctoral research associate sa CCNY, ang pamamaraan ay may kakayahang makarating sa mga “computing applications” na nangangailangan ng “high-capacity storage.”

Upang makamit ang kanilang nagawa hanggang ngayon, kinailangan ng mga siyentipiko sa CCNY na kontrolin ang elektrikal na karga ng mga color center. Naabot nila ito sa pamamagitan ng paggamit ng isang narrow-band laser at napaka-precise na cryogenic na kondisyon. Nararapat lamang banggitin dito na ang cryogenics ay ang siyentipikong pag-aaral ng mga materyales at ang kanilang pag-uugali sa napakababang temperatura.

Ayon sa mga mananaliksik, tinulungan sila ng pamamaraan na:

Isulat at basahin ang maliliit na piraso ng datos sa mas pinong antas kaysa dati, hanggang sa isang solong atom.

Bakit Mahalaga ang Pagtuklas na Ito?

Sa esensya, ipinapakita ng pananaliksik kung paano mag-imbak ng mas maraming datos sa limitadong espasyo. Ito ay lalong mahalaga, dahil ang pananaliksik at mga kaugnay na pag-unlad ay napakahalaga para sa ating panahon. Ang pangangailangan ng mga pag-unlad na ito ay binibigyang-diin ng katotohanang ang dami ng datos na kailangan nating iimbak ay exponential na tumataas araw-araw.

Sa konteksto, ayon sa pinakabagong pananaliksik, mayroong 64 zettabytes ng datos sa mundo na purong digital, kung saan ang isang zettabyte ay katumbas ng isang trilyong gigabytes. Kamangha-mangha, 90% ng datos sa mundo ay nalikha sa nakaraang dalawang taon. Tinatantiya na pagsapit ng 2025, ang pandaigdigang dami ng datos ay aabot sa pagitan ng 150-175 zettabytes, kung saan ang mga IoT device lamang ang responsable sa 90 zettabytes ng datos na ito.

Dahil sa nakamamanghang pagtaas ng paglikha ng datos, ang solusyon na binuo sa pamamagitan ng pag-manipula ng mga diamond color center ay makakatulong mag-imbak ng mas maraming datos nang walang karagdagang pagsisikap, na nagreresulta sa makabuluhang pagpapalawak ng pisikal na espasyo ng imbakan. Ang pag-unlad na ito ay napapanahon, lalo na’t tumataas ang pangangailangan para sa malaking pisikal na espasyo ng imbakan sa iba’t ibang sektor.

Halimbawa, ang Facebook ay responsable sa paglikha ng 4 petabytes ng datos bawat araw, kung saan ang 1 petabyte ay katumbas ng 1 milyong gigabytes ng datos. Upang suportahan ito, ang Facebook ay nagmamay-ari at nagpapatakbo ng 18 data center sa buong mundo, na sumasaklaw sa 40 milyong sq ft na espasyo. Gayunpaman, ang Facebook ay isa lamang sa mga higanteng teknolohiya na humaharap sa napakalaking dami ng datos. Ang search engine ng Google ay nagpoproseso ng 3.5 bilyong query araw-araw, ang mga gumagamit ng WhatsApp ay nagpapalitan ng higit sa 65 bilyong mensahe bawat araw, at ang mga internet user sa buong mundo ay lumilikha ng halos 2.5 quintillion bytes ng datos araw-araw. Ipinapakita nito ang walang humpay na pangangailangan para sa imbakan, imbakan, at higit pang imbakan.

Walang duda, ang impormasyon mula sa CCNY tungkol sa mga diamond color center ay magiging game-changing kapag nailapat sa malakihang sukat.

Nakaraang Pananaliksik sa Germanium-Vacancy Single Centers sa Diyamante

Katulad na pananaliksik ay isinagawa rin dati sa mga diamond color center. Ang Pananaliksik na inilathala noong 2015, halimbawa, ay tumulong upang maunawaan ang mga atomic-sized fluorescent defect sa mga diyamante bilang isang promising solid-state platform para sa quantum cryptography at quantum information processing, na nagsilbing pundasyunal na hakbang para sa mga susunod na pag-aaral sa larangang ito.

Sinubukan ng pananaliksik ang posibilidad ng paggamit ng single photon sources na may mataas na intensity at reproducible na mga pamamaraan ng paggawa para sa layuning ito. Napansin ng pananaliksik ang isang bagong color center sa diyamante, na binubuo ng germanium at isang vacancy, na tinawag ng mga mananaliksik na GeV center.

Isa pang pananaliksik, na inilathala noong 2022, na isinagawa ng mga mananaliksik sa Saga University at Adamant Namiki Precision Jewelry, ay nagdala sa pag-develop ng bagong paraan para sa paggawa ng ultra-high purity na diamond wafers. Ang mga diamond wafer na ito ay may sukat na 5 cm ang lapad.

Sa kanilang data density, ang mga wafer na ito ay maaaring mag-imbak ng katumbas ng isang bilyong Blu-ray disc. Upang mailarawan, ang tipikal na Blu-ray disc ay maaaring mag-imbak ng hanggang 25 GB ng datos. Samakatuwid, ang isang bilyong Blu-ray disc ay katumbas ng nakamamanghang 25 exabytes ng datos. Sa pagkamit ng tagumpay na ito, ginamit ng pananaliksik ang nitrogen-vacancy center upang mag-imbak ng datos sa anyo ng superconducting quantum bits (qubits).

Karagdagang Impormasyon tungkol sa Adamant Namiki Precision Jewelry o Orbray

Ang Adamant Namiki Precision Jewelry ay nagpalit ng pangalan sa Orbray Co., Ltd., epektibo simula Enero 1, 2023. Ang kumpanya ay may malawak na hanay ng mga produkto, kabilang ang precision jewelry, mga fiber optical component, at maliliit na motor. Sa pamamagitan ng aplikasyon, ang kumpanya ay nagsisilbi sa mga larangan ng information communication, semiconductors, industrial machines, robots, automobiles, optical driving devices, audio-making, at marami pang iba.

Itinatag noong 1939 at nakabase sa Tokyo, Japan, ang Orbray ay isang pribadong kumpanya.

Mga Kumpanyang Nagtatrabaho sa Teknolohiyang Diamond Wafer

Habang kilala ang Orbray sa paggawa ng mga diamond wafer na partikular para sa imbakan, iilan lamang ang iba sa industriya na nakabuo ng katulad na solusyon sa imbakan. Gayunpaman, kapansin-pansin na maraming ibang kumpanya ang gumagawa ng mga diamond wafer para sa iba’t ibang layunin. Ito ay nangangailangan ng pansin dahil maaaring lumawak ang mga kumpanyang ito sa mga solusyon sa imbakan sa malapit na hinaharap, batay sa kanilang kasalukuyang kaalaman sa pangunahing teknolohiya.

#1. Stanford Advanced Materials

Isa pang kilalang kumpanya sa paggawa ng mga diamond wafer ay ang Stanford Advanced Materials. Nag-aalok sila ng produktong kilala bilang CVD Diamond Wafer, na kilala sa mataas na kalidad ng optical at thermal na katangian. Bukod pa rito, inaangkin nila na ang mga diamond wafer na ito ay may mahusay na pisikal at kemikal na katangian. Kapansin-pansin, mayroon silang halos tuloy-tuloy na banda ng optical transparency mula UV hanggang THz, na ginagawang compatible sa maraming band range, kabilang ang X-ray, ultraviolet, infrared, microwave, at iba pa.

CVD diamond wafers ay may maraming katangian na halos imposibleng makamit para sa pangkaraniwang optical materials. Halimbawa, kaya nitong gumanap ng mahalagang papel sa mataas na energy input, mababang dielectric loss, mataas na Raman gain, mababang beam distortion, erosion resistance, at iba pang aspeto.

Ang CVD diamond wafers ng Stanford ay nagsisilbi sa maraming industriya, kabilang ang aerospace, militar, at iba pa. Sila ay lubos na epektibo sa thermal management, lalo na sa high power, high frequency, miniaturized, at highly integrated na mga electronic component.

Nakatagpo sa Lake Forest, California, United States, ang Stanford Advanced Materials ay nagsimula noong 1994 at isang pribadong kumpanya.

#2. AKHAN Semiconductors

Isa pang kumpanya ng semiconductor na mahusay sa paggawa ng mga diamond wafer ay ang Akhan Semiconductors. Noong 2021, ito ay gumawa ng unang 300 mm complementary metal-oxide-semiconductor (CMOS) diamond wafers. Ang teknolohiyang ito ay pangunahing binuo upang mapabuti ang power handling, heat management, at tibay ng mga elektronikong aparato. Gayunpaman, ito ay nagsisilbi sa iba’t ibang industriya at proseso ng paggawa. Ayon sa CEO ng Akhan Semiconductor, si Adam Khan, ang Mga diamond wafer ng Akhan ay makakatulong sa pagbuo ng mas malakas at mas matibay na mga device.

Nakatagpo sa Illinois, United States, ang Akhan Semiconductor ay isang pribadong kumpanya na itinatag noong 2012. Ayon sa pinakabagong balita, ang kumpanya ay nagtaas ng US$20 milyon noong Pebrero 17, 2022.

Iba pang Solusyon sa Imbakan ng Datos

Habang ang pagsisiyasat sa mga color center sa diyamante ay tiyak na isang game-changing na inobasyon sa larangan ng imbakan ng datos, ang solusyon ay hindi pa nailalapat sa malakihang sukat.

Ang isang higanteng teknolohikal na patuloy na nag-eeksperimento sa mga bago at pinahusay na teknolohiya ng imbakan ng datos ay ang Intel (INTC ). Mayroon itong maraming inobatibong teknolohiya sa imbakan na iniaalok.

#1. Intel Storage Technologies 

Ang Optane Technology nito, halimbawa, ay tumutulong alisin ang mga bottleneck sa imbakan ng data center, na nagbibigay-daan sa mga gumagamit na humarap sa mas malaki at mas abot-kayang mga dataset. Ang mga produkto ng 3D NAND technology nito ay kilala sa kanilang kapasidad at pagiging maaasahan. Ang mga EDSFF SSD solution nito ay tumutulong makamit ang pinahusay na kapasidad sa mas mababang gastos.

Kita ng Intel noong 2022 ay $63.1 bilyon, bumaba ng $16.0 bilyon, o 20%, mula 2021. Ang kumpanya ay nag-invest ng $17.5 bilyon sa R&D, gumawa ng capital investments na $24.8 bilyon, at nag-generate ng $15.4 bilyon na cash mula sa operasyon at $(4.1) bilyon na adjusted free cash flow.

#2. Seagate

Ang Seagate ay isa pang nangunguna sa larangan ng imbakan ng datos, na kamakailan lamang nagpakilala ng isang makabuluhang inobasyon. Ang kanilang pinakabagong alok ay ang mataas na performance, epektibo, at matibay na multi-petabyte capacity block storage system na kilala bilang Exos® CORVAULT™. Ang mga tampok na high-density ng sistemang ito ay nagsisiguro ng optimal na paggamit ng espasyo, pinalawig na life cycles, at nabawasang konsumo ng enerhiya bawat petabyte.

Dagdag pa rito, ito ay tumutulong sa pagpapababa ng carbon footprint ng data center sa pamamagitan ng pagkinahanglan ng mas kaunting computing at networking resources. Sa kasalukuyan, ang solusyon ay available sa dalawang variant: ang unang variant ay nag-aalok ng hanggang 2.5 PB na imbakan sa 1.2-metre na rack, habang ang ikalawa ay nagbibigay ng 1.5 PB para sa 1.0-metre-deep na rack.

Para sa taong pinansyal na nagtatapos noong Hunyo 30, 2023, ang Seagate ay nagrehistro ng kita na higit sa US$7.3 bilyon, na mas mababa nang malaki kumpara sa kita nitong nakaraang taon na higit sa US$11.5 bilyon.

Hinaharap na Pananaliksik sa Diamond Centers

Maraming pananaliksik ang isinasagawa upang mas mapag-aralan at maunawaan ang mga diamond color center. Ang mga mananaliksik ay may motibasyon sa maraming kadahilanan, partikular dahil ang mga color center ay nagpapakita ng pinahusay na mga katangiang optikal sa usapin ng spectral stability, wavelength, at spin properties. Bagaman ang diyamante ay karaniwang mayaman sa mga optical center, ang eksaktong pinagmulan ng mga ito ay madalas na hindi alam. Inaasahan na ang hinaharap na pananaliksik ay tiyak na magbibigay ng karagdagang kaalaman.

Ang mga diamond wafer ay naging isang makabuluhang breakthrough para sa malakihang imbakan ng datos. At ito ay isang larangan kung saan maraming pananaliksik ang isinasagawa sa kasalukuyan. Ang mas malalim na kaalaman sa mga diamond wafer ay tiyak na makakatulong sa pagpapabuti ng kanilang mga katangian bilang mga storage system.

Bagaman para sa pagpapagana ng susunod na henerasyon ng mga semiconductor, ang mga siyentipiko sa Chiba University ng Japan ay nakabuo ng isang paraan na gumagamit ng mga laser upang lumikha ng mga diamond wafer. Ayon kay Hirofumi Hidai, isang propesor sa Chiba University School of Engineering:

Ang paghiwa ng diyamante ay nagbibigay-daan sa paggawa ng mga high-quality na wafer sa mababang gastos at hindi mapapalitan sa paggawa ng mga semiconductor device.

Ang bagong binuong metodong ito ay mahalaga para sa mga dahilan na lampas pa sa paggamit ng diyamante bilang mga semiconductor. Nakakatulong ito sa pag-develop ng mga mekanismo upang kontrolin ang pagbuo ng mga bitak sa diyamante upang maipalaki ito ayon sa nais na eroplano.

Noong Abril ng taong ito, ang nakipag-collaborate ang Amazon Web Services sa subsidiary ng De Beers na Element Six upang bumuo ng synthetic diamonds, na gagamitin sa quantum key distribution. Ang kapansin-pansin sa partnership na ito ay ang kanilang pamamaraan, na kinabibilangan ng paglikha ng mga color center sa diyamante. Ang mga color center na ito ay magsisipsip ng mga photon na naglalaman ng quantum information upang muling i-emit ito kalaunan.

Ayon kay Antia Lamas-Linares, na namumuno sa AWS Center for Quantum Networking:

Kami [Amazon] ay maaari nang gawin ang ilang bagay sa medyo maliit na sukat, ngunit upang talagang dalhin ito sa pandaigdigang sukat – ang AWS ay isang global na kumpanya – may ilang bagay na kailangang paunlarin.

Sa konklusyon, makakakita ang mundo ng mas maraming pananaliksik na nakatuon sa paggamit ng mga diamond color center. Hindi lahat ay makakatulong sa pagpapabuti ng imbakan ng datos, ngunit marami ang makakagawa nito. Ang datos ay ang gasolina kung saan nagpapatakbo ang ating makabagong mundo. Natural lamang na ang mga nangungunang kumpanya ay mag-iinvest pa sa hinaharap tungo sa mga solusyon na tutugon sa exponential na pagtaas ng pangangailangan sa imbakan.