Cientistas da Microsoft Research, nos Estados Unidos, demonstraram um sistema chamado Silica que permite escrever e ler informação em vidro comum, capaz de armazenar o equivalente a dois milhões de livros num quadrado fino do tamanho da palma da mão.
Num artigo publicado hoje na Nature, os investigadores afirmam que os testes realizados indicam que os dados poderão manter-se legíveis por mais de 10.000 anos.
O que conseguem fazer pulsos minúsculos de luz
A tecnologia Silica recorre a clarões de laser extremamente curtos para gravar pequenos “pedaços” de informação dentro de um bloco de vidro normal.
Não é por acaso que estes pulsos são chamados de ultracurtos: cada um dura apenas quadrilionésimos de segundo - isto é, femtossegundos (10–15 s).
Para ter uma noção da escala: comparar dez femtossegundos com um minuto é semelhante a comparar um minuto com a idade inteira do Universo.
E há mais. Estes flashes tão breves também podem originar rajadas ainda mais rápidas, na ordem dos attossegundos - um milésimo de femtossegundo (10–18 s).
Essas rajadas de attossegundos permitem observar o movimento de electrões no interior de átomos e moléculas. Em 2023, o Prémio Nobel da Física distinguiu trabalho pioneiro nesta área, atribuído a Ferenc Krausz (curiosamente, o meu antigo orientador de doutoramento), Anne L’Huillier e Pierre Agostini.
Escrever em vidro com lasers de femtossegundos (Silica)
Os pulsos de laser de femtossegundos não são apenas uma curiosidade científica - têm também uma aplicação tecnológica muito concreta. Eles permitem provocar alterações no interior de materiais transparentes como o vidro.
Em condições normais, estes lasers emitem luz com um comprimento de onda que atravessa o vidro praticamente sem interagir. No entanto, quando um pulso ultracurto é focado de forma muito concentrada numa região específica, cria-se ali um campo eléctrico intensíssimo que modifica a estrutura molecular do vidro na zona de foco.
O resultado é que só fica afectado um volume tridimensional minúsculo - frequentemente com menos de 1 micrómetro (1 µm) de aresta (ou seja, menos de um milionésimo de metro). Esse pequeno “pedaço” de volume é designado por voxel e pode ser criado em posições rigorosamente controladas dentro do vidro.
Décadas de investigação em armazenamento volumétrico no vidro
A ideia de usar voxels gravados a laser para armazenamento de dados em três dimensões não surgiu agora.
Já nos anos 1990, Eric Mazur e colegas, na Universidade de Harvard (EUA), exploraram o armazenamento óptico volumétrico. O seu trabalho pioneiro mostrou que era possível inscrever estruturas permanentes de dados em vidro comum recorrendo a lasers de femtossegundos.
Em 2014, Peter Kazansky e a sua equipa, na Universidade de Southampton (Reino Unido), apresentaram armazenamento de dados em quartzo fundido, atribuindo-lhe uma “vida útil aparentemente ilimitada”. Este avanço reforçou a noção de dispositivos de memória em vidro com estabilidade extrema.
Mais recentemente, em 2024, Kazansky criou a empresa SPhotonix para comercializar aquilo a que chamam “nano-estruturação 5D em vidro”.
A visão de um “cristal de memória 5D” chegou mesmo à cultura popular: um dispositivo semelhante aparece no mais recente filme de Mission Impossible, The Final Reckoning, retratado como um cofre seguro capaz de conter uma IA poderosa - e sinistra.
Um sistema completo e operacional
O projecto Silica não se apresenta como uma descoberta científica totalmente inédita. Em vez disso, a equipa descreve a primeira demonstração abrangente de uma tecnologia prática, pensada para o mundo real.
O trabalho integra todos os blocos essenciais de uma plataforma de armazenamento baseada em lasers de femtossegundos e vidro: codificação dos dados, escrita, leitura, descodificação e correcção de erros.
Além disso, avalia diferentes estratégias relacionadas com fiabilidade, velocidade de escrita, eficiência energética e densidade de dados, incluindo análises sistemáticas da durabilidade da informação gravada.
No estudo do Silica, foram considerados dois tipos principais de voxels gravados a laser:
- Voxels do tipo “vazio alongado”: pequenas estruturas alongadas, semelhantes a microcavidades, formadas por “micro-explosões” induzidas pelo laser no interior do vidro. Permitem uma densidade de armazenamento muito elevada de 1,59 gigabits por milímetro cúbico.
- Voxels por alteração do índice de refracção: em vez de cavidades, provocam-se mudanças subtis e locais no índice de refracção do vidro. Este método pode ser mais rápido e consumir menos energia, mas armazena menos dados por cada milímetro cúbico.
Segundo os autores, este segundo método consegue escrever cerca de 65,9 megabits por segundo, e essa taxa poderá aumentar com a utilização de mais feixes laser em paralelo.
Por fim, testes de envelhecimento acelerado sugerem que os dados gravados - mesmo no caso dos voxels de fase, mais sensíveis - poderão manter-se estáveis por mais de 10.000 anos. Isto ultrapassa largamente a longevidade de suportes de arquivo convencionais, como fitas magnéticas ou discos rígidos.
O futuro do armazenamento em vidro e da fotónica ultrarrápida
Quando comecei o meu doutoramento, no final dos anos 1990, na Universidade de Tecnologia de Viena, éramos apenas um pequeno número de laboratórios no mundo com capacidade para construir lasers capazes de gerar pulsos de femtossegundos.
Hoje, após décadas de desenvolvimento tecnológico, é possível comprar “prontos a usar” lasers ultrarrápidos com a fiabilidade, a potência e as taxas de repetição necessárias para utilização industrial.
O armazenamento de dados de arquivo denso, rápido e energeticamente eficiente é uma aplicação real particularmente promissora destes lasers. À medida que a fotónica ultrarrápida continua a evoluir, é difícil imaginar que esta seja a única utilização relevante - tudo indica que outras aplicações surgirão naturalmente.
Num contexto em que a produção de informação cresce sem parar - de instituições públicas a empresas e património cultural digital - soluções como o Silica abrem caminho a arquivos de muito longo prazo, menos dependentes de migrações constantes entre suportes e potencialmente mais robustos face ao desgaste do tempo.
Também vale a pena notar que, para além da durabilidade, a adopção em larga escala dependerá de factores práticos como custo por terabyte, velocidade de leitura em cenário real, integração com infra-estruturas de centros de dados e normalização de formatos. São detalhes “menos glamorosos” do que o laser em si, mas decisivos para transformar uma demonstração em tecnologia de referência.
Alex Fuerbach, Professor, Photonics Research Centre, Macquarie University
Este artigo é republicado de The Conversation ao abrigo de uma licença Creative Commons. Leia o artigo original.
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