A kutatók egy olyan holografikus adattárolási eljárást dolgoztak ki, amely a fény három alapvető tulajdonságát, az amplitúdót, a fázist és a polarizációt egyidejűleg alkalmazva három dimenzióban rögzíti és olvassa vissza az információt, ami jelentős előrelépést jelenthet a globálisan növekvő adattárolási igények kielégítésében.

A jelenlegi adattároló rendszerek, például a merevlemezek és optikai lemezek, jellemzően sík felületekre írják az adatokat, miközben a holografikus megoldás a lézerfény segítségével az anyag teljes térfogatában ágyazza be az információt, így ugyanazon a téren belül több, egymást átfedő fénystruktúra is létrejöhet, ami egyszerre növeli a kapacitást és gyorsítja az adatátvitelt.

A hagyományos holografikus adattárolás

A hagyományos holografikus adattárolás rendszerint csak egyetlen fénydimenziót, például az amplitúdót vagy a fázist használja, esetenként kettőt kombinál, ugyanakkor a kínai Fujian Normal University kutatócsoportját vezető Xiaodi Tan szerint „a polarizációs holográfia elvére építve egy konvolúciós neurális hálózati modellt alkalmaztunk annak érdekében, hogy a polarizáció önálló információs dimenzióként is használható legyen”.

Az Optica folyóiratban megjelent tanulmány szerint az új módszer nemcsak az egy adott térfogatban tárolható adatmennyiséget növeli számottevően, hanem az információ visszanyerését is egyszerűbbé teszi, ami a gyakorlatban hatékonyabb működést eredményezhet.

Tan úgy fogalmazott, „további fejlesztést és kereskedelmi bevezetést követően ez a többdimenziós holografikus adattárolás kisebb adatközpontokat és hatékonyabb nagyléptékű archiválást tehet lehetővé, miközben javítja az adatfeldolgozás és -átvitel hatékonyságát”, emellett szerinte a technológia hozzájárulhat a biztonságosabb adattovábbításhoz, az optikai titkosításhoz és a fejlett képalkotási megoldásokhoz is – írja a ScienceDaily.

A holografikus rendszerek

A holografikus rendszerekben az információ úgynevezett adatoldalak formájában jelenik meg, amelyeket lézerfény mintázatai hoznak létre, az enkódolás során a digitális adatokat ilyen optikai mintázatokká alakítják, míg a dekódolás ezeket fordítja vissza értelmezhető információvá.

Bár a fény több tulajdonsága is alkalmas lenne többletinformáció hordozására, ezek gyakorlati összehangolása eddig komoly kihívást jelentett, ezért a kutatók továbbfejlesztették a tenzoralapú polarizációs holográfiát, amely a rekonstruálás során megőrzi a fény polarizációs állapotát, így megbízható csatornát biztosít további adatok tárolására.

Erre építve egy háromdimenziós modulációs kódolási stratégiát alakítottak ki, amiben két egymásra merőleges polarizációs állapot intenzitását és fázisát szabályozzák, valamint kettős fázisú hologramtechnikát alkalmaznak, így egyetlen, kizárólag fázist módosító térbeli fénymodulátor képes az amplitúdó, a fázis és a polarizáció együttes kódolására az optikai térben.

A dekódolás még bonyolult

A dekódolás ugyanakkor azért bonyolult, mert a hagyományos érzékelők csupán a fény intenzitását mérik, a fázist és a polarizációt közvetlenül nem képesek érzékelni, ezért a kutatócsoport a tenzorpolarizációs holográfia elméletét konvolúciós neurális hálózattal kombinálta, amely diffrakciós intenzitásképekből állítja helyre mindhárom adattípust.

A hálózat két egymást kiegészítő képpel tanul, az egyiket függőleges polarizátorral, a másikat anélkül rögzítik, majd a mintázatok elemzésével egyszerre rekonstruálja az amplitúdóhoz, a fázishoz és a polarizációhoz kapcsolódó információkat, ami növeli a tárolási sűrűséget és gyorsítja az adatátvitelt.

A koncepció igazolása után a kutatók egy kompakt rendszert is építettek, amely polarizációérzékeny anyagban képes rögzíteni és visszaállítani a kódolt optikai teret, a tesztek során pedig az intenzitásképekből kinyert jellemzők szolgáltak bemenetként a neurális hálózat számára, amely kizárólag intenzitásalapú mérésekből valósította meg a teljes háromdimenziós rekonstrukciót.

Tan összegzése szerint „az eredményeink azt mutatták, hogy a többdimenziós közös kódolás jelentősen növeli az egyetlen holografikus adatoldal által hordozott információ mennyiségét, ezáltal javítja a tárolási kapacitást”, miközben „a neurális hálózaton alapuló szinkron dekódolás csökkenti az összetett mérések és a lépésről lépésre történő rekonstrukció szükségességét, ami hatékonyabb kiolvasást tesz lehetővé”.

Még csak kísérletek zajlanak

A technológia egyelőre kutatási fázisban van, ezért a gyakorlati alkalmazáshoz további fejlesztésekre van szükség, a következő lépések között szerepel a kódolás során használt szürkeségi szintek számának növelése a kapacitás további bővítése érdekében, valamint a rögzítőanyagok hosszú távú stabilitásának, egyenletességének és ismételhetőségének javítása.

Emellett a módszert térfogati holografikus multiplexelési technikákkal is kombinálnák, ami lehetővé tenné több adatoldal és csatorna egyidejű tárolását, ugyanakkor a valós körülmények közötti gyors és megbízható adatkinyeréshez elengedhetetlen lesz az optikai hardver és a dekódoló algoritmusok szorosabb integrációja.