Роботизированная рука-манипулятор быстро движется вдоль стеллажей с полками, как в библиотеке. Но только вместо книг на этих полках лежат плоские пластинки прозрачного стекла размером с салфетку. Робот выбирает нужную стеклянную пластинку и подносит её к микроскопу. Специальное устройство-считыватель «заглядывает» глубоко внутрь стекла, чтобы сфокусироваться на крапчатом узоре, которое не разобрать невооружённым глазом. Высокоскоростной лазер протравил высокотемпературными импульсами этот узор таким образом, чтобы оптический объёмный распознаватель мог потом считывать в компьютер цифровую информацию с глубин стеклянной пластины.
Каждый «кусочек» такого стекла очень похож на футуристическую книгу из фантастических фильмов. Но реальность такова, что уже сейчас каждая пластина может содержать 7 терабайт данных. Это столько же информации, сколько обычно содержится в двух миллионах книг среднего размера и стандартного формата. Сама «стеклянная» библиотека, робот, лазер, микроскоп и стеклянные пластины являются частью исследовательской программы Project Silica, участники которой разрабатывают новый подход к хранению данных.
Новейшие жёсткие диски компьютеров и серверов в дата-центрах легко вмещают терабайты данных. Но эти диски служат всего около трёх-пяти лет. На самом деле, все современные распространённые методы хранения цифровой информации, как правило, сравнительно быстро выходят из строя и каждые несколько лет людям приходится покупать новый носитель информации, а важные данные копировать системы архивации (бэкап). А затем снова и снова производить те же манипуляции. Но заархивированные внутри стекла данные могут сохраняться тысячи лет, а может быть, и дольше.
Это очень изящная и умная идея – ведь стекло, на самом деле, довольно прочный и сравнительно стабильный материал. Новые его разновидности, созданные для специальных задач, могут выдержать любые бедствия. Стеклянную пластину можно опускать в кипящую воду или поместить в духовку (микроволновку). В определённых обстоятельствах можно даже поцарапать поверхность, не повредив данные внутри неё – потом можно будет просто отполировать наружную поверхность, чтобы извлечь информацию. Суть технологии заключается в том, используются высокоскоростные лазеры для внесения крошечных изменений внутри стеклянной субстанции, чтобы сохранять потом в этой защищённой структуры данные тысячи лет. Эти изменения, «протравленные» лазерным лучом, такие же долговечные, как и само стекло. Можно даже послать такой носитель в космос, в стремлении передать послание инопланетянам.
Забавно предполагать о таком своеобразном контакте с инопланетными цивилизациями, но эта технология уже находит важное применение здесь, на Земле. Люди создают и используют ошеломляющее количество информации, которую надо просто сохранять, только иногда обращаясь к ней по мере необходимости (без перезаписи). Человечество генерирует огромные массивы медицинских данных, результатов научных экспериментов, банковских записей о транзакциях. А количество видеороликов, фильмов и познавательно видео вообще занимает очень много места на жёстких дисках. Большую часть этого цифрового многообразия необходимо хранить в течение длительного периода времени, тем более, что информации прибывает каждый день всё больше.
Ещё в 2014 году исследователи из английского «Университета Саутгемптона» впервые использовали лазеры для записи данных внутри стеклянных пластин. Лазерные импульсы, которые используются для такой процедуры, настолько быстры, что их измеряют в фемтосекундах. Одна фемтосекунда — равна одной квадриллионной секунды (это одна миллионная миллиардной доли секунды). Фокусировка даже небольшого количества энергии на крошечной точке в такое крошечное время даёт удивительные результаты. Интенсивность концентрации тепловой энергии в этой точке просто ошеломляюще высока — получается то, что называют плазменным нановзрывом, в результате чего создаётся крошечная «впадина» в структуре стекла. Инженеры называют эти аналоги двухмерных пикселей для объёмных пространств вокселем.
Формирование вокселей предсказуемо. Всякий раз, когда лазер запускается с одинаковой последовательностью и длинной волны, воксель формируется одинаково. Таким образом, различные типы вокселей могут представлять, как единицу, так и ноль, что соответствует современному распространённому методу интерпретации цифровых данных. Эти воксели также могут быть наложены друг на друга послойно внутри стекла. Когда необходимо прочитать данные, используется специальный микроскоп, который фокусируется на небольшой области всего одного слоя внутри стекла. Камера записывает там рисунок вокселей и посылает в устройство дешифратор. За десятилетие с момента открытия команда разработчиков усовершенствовала технологию. Были изобретены способы записывать и считывать вокселы быстрее и надёжнее. А теперь также используется машинное обучение (тип искусственного интеллекта), для преобразования шаблонов вокселей обратно в цифровые данные. Кроме того, уже создаются целые «библиотеки» сохраняемой информации в такой форме. В ней есть роботы, называемые шаттлами, которые расставляют и извлекают стеклянные пластины.
Манипуляторы этих роботов настолько надёжны, что за несколько лет робот ещё ни разу не ронял ни одну пластину. Но даже если пластина разбилась (что совсем непросто сделать со специальными видами противоударного стекла) или потерялась, дублирующие данные всегда можно найти разбросанными по многим другим подобным «стёклышкам». Это распространённый метод дублирования, используемый при хранении на всех видах носителей. На данный момент — это единственная библиотека такого рода. Большие технологические гиганты управляют сотнями центров обработки данных (ЦОД). А цель программы, в конечном итоге, чтобы такая архивная библиотека с альтернативными носителями, была в каждом ЦОДе. Для перезаписываемых данных, с которыми необходимо постоянно работать или к которым надо регулярно обращаться, по-прежнему понадобятся обычные жёсткие диски. Это потому, что воксельные шаблоны не могут быть изменены после того, как они записаны – всё-таки, в данном случае, подразумевается архивная форма хранения данных в неизменном состоянии, но очень долгое время. Кроме того, неизменяемость делает хранимую информацию, по сути защищённой от взлома и туда невозможно внедрить «трояна» или любой другой вредоносный код. Это обстоятельство резко контрастирует со стриммерной магнитной лентой, которая используется в традиционных методах долгосрочного хранения – ведь данные на ленту можно перезаписывать даже по мере считывания.
В 1970-х годах НАСА запустило два космических аппарата «Вояджер», главной целью которых было исследование Солнечной системы и не только. На каждом из них также находился 30-сантиметровый (12-дюймовый) позолоченный медный диск, с содержанием послания о человечестве. Было выбрано множество изображений и значительная часть музыки для такого «послания в бутылке, брошенное в океан открытого космоса». Эти космические корабли всё ещё летят в неизведанные миры Галактики. Если инопланетяне когда-нибудь найдут любой из них, то они смогут узнать, кто его построил.
Однако эти записи использовали очень ранний тип хранения данных. На диск не помещалось много информации. К тому же, за прошедшие десятилетия человечество сильно изменилось. А сейчас учёные уже работают над посланием для новой записи. Пока не найден космический корабль, чтобы отправить сообщение, но разработчики тоже не очень торопятся, так как хотят сначала потратить время на то, чтобы довести сообщение до совершенства. Мы пока не знаем, существует ли жизнь за пределами Земли. А вселенная — это огромное, в основном пустующее пространство, так что шансы, что инопланетные существа когда-либо найдут одно из этих сообщений — либо старые металлические версии, либо новые, сделанные из стекла, — невелики. Однако даже если послания никогда не будут найдены, эти усилия стоят того. Тот факт, что записи будут существовать ещё долгое время после того, как, возможно, исчезнут люди, или даже после того, как исчезнет сама планета, вызывает благоговение и волнение.