חוקרים בריטים פיתחו שיטה לאפסן מידע על גבישי קוורץ קטנים יותר ולזמן ארוך יותר מאמצעי האחסון הקיימים

האנושות מייצרת היום יותר מידע מאי פעם, בקצב גובר והולך. הכמויות גדולות עד כדי כך שכ-90 אחוז מסך המידע שייצר האדם מאז ומעולם נוצרו בשנתיים האחרונות לבדן. קצב הייצור מגיע לכ-2.5 מיליון טרה-בייט ביממה והכמות האדירה הזו דורשת אמצעי אחסון שיאפשרו לשמור כמויות אדירות של מידע בלי להגדיל במידה משמעותית את נפח הזיכרון. בנוסף היינו רוצים זיכרונות שיאפשרו לנו לשמר את המידע שנים רבות. גם אמצעי האחסון היעילים ביותר מבחינת ניצול הנפח לא יועילו לנו במיוחד אם המידע האגור בהם ייעלם בתוך כמה חודשים.

טכנולוגיה חדשה של זיכרון אופטי, שמפתחים חוקרים מאוניברסיטת סאות'המפטון בבריטניה, עשויה לאפשר שמירה של נתונים בקיבולת גבוהה מאוד ולמשך זמן כמעט בלתי מוגבל. לשם כך הם משתמשים ביכולת לצרוב גבישי קוורץ בלייזר.

באתרי תיירות רבים נוהגים למכור גושי זכוכית שבתוכם מפוסלת דמותו התלת-ממדית של האתר. שמירת המידע מתבססת על טכנולוגיה דומה. בשיטה הזו החוקרים שולטים בדיוק רב בנקודה שבה נצרבת כל יחידת מידע ומקבלים שלושה ממדים של שליטה על המידע (מקום הנקודה יחסית לאורך, הרוחב והגובה של הגביש). בנוסף הם שולטים במידת האטימות של הנקודה באמצעות עוצמת הלייזר, וכן בקיטוב של האור המשמש לצריבה (כלומר אם גלי האור של הלייזר יהיו אנכיים, אופקיים או בכל זווית אחרת).

שקלול כל הפרמטרים האלה מאפשר חמש דרגות של שליטה, ולכן התהליך מכונה גם "שמירת מידע בחמישה ממדים". טכנולוגיית הכתיבה הזאת עשויה לאפשר כתיבה של מאות טרה-בייטים על מדיה בגודל של דיסק אופטי, שמכיל במקרה הטוב רק כמה עשרות ג'יגה בייט – כלומר פי 10,000 יותר מידע. הנקודות שהמידע אצור בהן מוגנות מן החוץ בזכות מבנה הגביש, ובשילוב עם העובדה שגבישי קוורץ עמידים בטמפרטורות גבוהות מאוד נראה שאורך החיים של המידע המאוחסן כך יכול להגיע בקלות למיליוני שנים – זמן אינסופי מכל בחינה מעשית.

לשמור בעזרת אור
שתי האפשרויות העיקריות הקיימות כיום לאסון מידע הן הטכנולוגיה האופטית והטכנולוגיה המגנטית. השיטה האופטית, הכוללת אמצעים כמו CD, DVD או BluRay, משתמשת בדרך כלל בדיסק פלסטי מצופה בשכבת מתכת דקה. עקרון הפעולה מתבסס על היכולת לחרוץ בלייזר חריצים בשכבת המתכת. בתהליך הקריאה, לייזר אחר מאיר את המשטח המחורץ וגלאי קורא את האור המוחזר. מדידת השינוי בכמות האור המוחזר מאפשרת לקרוא את תמונת החריצים בדיסק ולתרגם אותה למספרים כדי לקבל את המידע השמור. ככל שאורך הגל של הלייזרים שבהם משתמשים קטן יותר (כלומר האור כחול יותר), כך אפשר ליצור חריצים זעירים יותר ולשמור יותר מידע. זה ההבדל המהותי בין הסוגים השונים של אמצעי האחסון האופטי.

את אורך החיים של אמצעי אחסון כאלה קובעת היכולת ליצור שכבת מתכת עמידה ככל האפשר מפני נזקים חיצוניים. בפועל, שיתוך המתכת (קורוזיה) שריטות, אבק ושינויי טמפרטורה גורמים לכך שתקליטורים כאלה אינם מחזיקים מעמד יותר מכמה עשרות שנים.

נאמנים למגנטים
למרות הפופולריות הגדולה שהמדיה האופטית זוכה בה בשנים האחרונות, הרוב המוחלט של האחסון בעולם נעשה דווקא בצורה מגנטית. הקלטות המגנטיות שאחסנו אודיו ווידאו בשנות ה-80 השתמשו בדיוק בעקרון הפעולה הזה, וכך עושים גם הדיסקים הקשיחים במחשבים שלנו.

הכתיבה המגנטית מבוססת על נטייתם של חומרים מגנטיים (תרכובות של ברזל, קובלט, ניקל ומתכות אחרות) לשמור על כיוון המגנטיות שלהם. בהתקן הזיכרון המגנטי יש ראש כתיבה שבו אפשר לשלוט על כיוון השדה המגנטי בעזרת שליטה על כיוון הזרם העובר בו. רצועה פלסטית המצופה בחומר מגנטי מובאת קרוב אל ראש הכתיבה, וכך האזור הסמוך אליו מתמגנט בכיוון הרצוי. הרצועה זזה למקום הבא וקובעת גם בו את ההתמגנטות, וכן הלאה. בקריאה מתרחש התהליך ההפוך – החלק הממוגנט ברצועה שולט על כיוון ההתמגנטות של ראש הקריאה והאות המתקבל מתורגם בחזרה למידע.

כמו באחסון האופטי, גם עם הזיכרון המגנטי הסביבה אינה מיטיבה. שינויי טמפרטורה הם הגורם העיקרי שמפריע ליכולת לשמור על הזיכרון לאורך זמן, אך יש גם תהליכים, ובהם חשיפה לשדה חשמלי או מגנטי, שגורמים לזיכרון המגנטי פשוט "לשכוח" באיזה כיוון הוא מוגנט. זיכרון מגנטי יכול להישמר לכמאה שנה. אחד היתרונות של טכנולוגית האחסון המגנטית הוא הקיבולת המירבית האפשרית שלה, שגדולה בערך פי אלף מהמתחרים האופטיים ומגיעה לכמה מאות טרה בייטים.

מחזיק מפתחות
שיטת אחסון נוספת שתופסת תאוצה בשנים האחרונות הוא היא אחסון מצב מוצק, מה שמכונה "כונני פלאש", הקיימים במחשבים חדשים ובעיקר באמצעים ניידים כמו מחזיקי מפתחות. התקנים אלה, כמו שבבי מחשב שמבצעים עיבוד נתונים, משתמשים בטרנזיסטורים כדי לשמור מידע. טרנזיסטור הוא רכיב אלקטרוני המשמש מעין "ברז" לזרם חשמלי. יש לו שלוש רגליים: אחת שהיא סוג של מתג שאפשר להפעיל ושתי רגליים אחרות שהמתג יכול לחבר ביניהן. בזיכרון מצב מוצק, מוסיפים בין שתי הרגליים חלק נוסף, שאפשר לדמיין אותו כסוג של דלי שנמצא בין שתי רגלי הרכיב שבינן עובר הזרם. את החשמל הזורם דרך הטרנזיסטור אפשר לדמיין כזרימה של מים. כשהמתג כבוי, מים זורמים בין שתי הרגליים האחרות ויכולים גם למלא את הדלי, כלומר לשמור מידע. בפועל, כמובן, מדובר באלקטרונים וכל עוד לא עשינו פעולה כדי לרוקן את הדלי מתוכנו, המידע נשמר עליו. אורך החיים של התקנים כאלה קצר למדי מאחר שאי אפשר למנוע "זליגות" של האלקטרונים, ותוך כ-10 שנים המידע כבר בלתי קריא. חיסון נושף של שיטת האחסון הזאת הוא נפח זיכרון קטן יחסית. התקנים גדולים יכולים להגיע לגודל דומה של אמצעים אופטיים לאחסון מידע, אך הם יקרים הרבה יותר.

הפיתוח של הקבוצה מסאות'המפטון הוצג לראשונה לפני כשלוש שנים. ומאז שיפרו החוקרים את הטכנולוגיה ושכללו אותה. בכינוס שנערך לאחרונה במקסיקו, לרגל נעילתה של שנת האור הבינלאומית, הם הציגו מסמכים היסטוריים כמו עותק של התנ"ך, מגילת זכויות האדם של האו"ם, כתבי אייזק ניוטון ועותק של המגנה כרטה – מגילת הזכויות ההיסטורית של בריטניה – מאופסנים על גבישי קוורץ קטנטנים. לדברי החוקרים, המידע הזה עשוי לשרוד כך הרבה אחרי שהאנושות עצמה תיעלם – אלא אם כן יחליט מישהו לנפץ את הגבישים.