Die Geschichte der Zivilisation ist wirklich eine Geschichte der Datenspeicherung. Wir haben eine endlose Liste von Lösungen für die Weitergabe von Kultur und Wissen entwickelt - von Höhlenmalereien bis hin zu Festplatten. Aber jede Lösung ist unvollkommen: Bücher können brennen (obwohl wir gelernt haben, wie man verkohlte Schriftrollen dekodiert), Denkmäler verwittern und sogar Magnetbänder oder CDs können irgendwann versagen. DVDs scheinen eine dauerhafte Lösung zu sein, aber sie sind es nicht. Und sie können nur wenige Terabyte an Informationen speichern, aber die Technologie der Welt produziert jedes Jahr Exabyte und Zettabyte an Daten.
Aus diesem Grund suchen Forscher nach dem zweithäufigsten (möglicherweise dritthäufigsten) natürlich vorkommenden Stoff auf der Erde, der alle unsere Informationen enthält: Diamanten. In Diamanten codierte Daten würden nicht nur eine unbegrenzte Zeit dauern, ein winziger Diamant von der Hälfte der Größe eines Reiskorns könnte die Menge von 100 DVDs aufnehmen, schreiben die Forscher Siddharth Dhomkar und Jacob Henshaw vom City College in New York im The Conversation . Dies könnte in Zukunft einer Million DVDs entsprechen.
Und das Konzept ist nicht nur eine Idee. Dhomkar und Henshaw haben kürzlich die Daten für zwei Bilder, Porträts der Physiker Albert Einstein und Erwin Schrödinger, in einem Diamanten kodiert. Der Vorgang des Schreibens der Daten ist sehr komplex, basiert jedoch auf dem sehr einfachen Binärsystem, bei dem nur zwei Ziffern (eins und null) zur Darstellung von Informationen verwendet werden.
Das System verwendet winzige Fehler in der Kristallstruktur des Diamanten, die selbst in den optisch einwandfreisten dieser Edelsteine gefunden werden können. Diese Unvollkommenheiten erzeugen gelegentlich Hohlräume in der Struktur, in der ein Kohlenstoffatom sitzen soll. Gelegentlich schlüpfen auch Stickstoffatome in die Struktur. Wenn sich ein Stickstoffatom neben diesem fehlenden Kohlenstoffatom befindet, entsteht eine sogenannte Stickstoffvakanz (NV), die häufig Elektronen einfängt. Dhomkar verwendet diese Stickstoffleerstellen als Ersatz für die binären Einsen und Nullen. Wenn die Stelle ein Elektron enthält, ist es eine Eins. Wenn es leer ist, ist es eine Null. Mit einem grünen Laserpuls können die Forscher ein Elektron in der NV einfangen. Ein roter Laserpuls kann ein Elektron aus einem NV herausspringen lassen, sodass Forscher Binärcode in die Diamantstruktur schreiben können. Sie haben den Prozess kürzlich in der Zeitschrift Science Advances beschrieben.
In einem Diamanten kodierte Porträts von Albert Einstein und Erwin Schrödinger (Siddharth Dhomkar und Carlos A. Meriles) „Es gibt keine Möglichkeit, das zu ändern. Es wird für immer dort bleiben “, erzählt Dhomkar Joanna Klein von der New York Times . Das heißt, solange es keinem Licht ausgesetzt ist, das die Daten verschlüsselt.
In ihren Experimenten verwendeten Dhomkar und Henshaw einen industriell gefertigten Diamanten im Wert von 150 USD, um die Menge an Stickstoffleerstellen im Edelstein zu kontrollieren. Laut einer Pressemitteilung ähnelt die derzeitige Methode zur Datencodierung der Art und Weise, in der DVDs Informationen in zwei Dimensionen speichern. Der Diamant kann jedoch auch in 3D gespeichert werden, wodurch die Speicherkapazität noch größer wird. Die Berücksichtigung des Spinzustands der Elektronen könnte helfen, noch mehr Informationen in die Diamanten zu packen.
„Diese Arbeit zum Nachweis des Prinzips zeigt, dass unsere Technik in gewisser Hinsicht mit der vorhandenen Datenspeichertechnologie konkurrenzfähig ist und sogar die moderne Technologie in Bezug auf die Wiederbeschreibbarkeit übertrifft“, so Henshaw in der Pressemitteilung. „Sie können diese Defekte praktisch beliebig oft laden und entladen, ohne die Qualität des Materials zu beeinträchtigen.“
Natürlich gibt es noch viel zu tun, bevor Verbraucher oder IT-Abteilungen mit der Installation von Diamantlaufwerken beginnen, aber die Technologie oder etwas ähnlich Leistungsfähiges - wie DNA-Speicher - ist erforderlich, um mit dem wachsenden Informations-Tsunami der Welt Schritt zu halten.
