Een miljoen gigabyte in een geheugen zo groot als een zandkorrel. Een revolutionaire uitvinding van de TU Delft en IBM maakt het mogelijk. Vandaag is hun onderzoek gepubliceerd in Nature Nanotechnology.
Onderzoekers van de TU Delft hebben samen met IT-moloch IBM een nieuw dataopslagsysteem ontwikkeld dat losse atomen als computerbits gebruikt. Het systeem kan in theorie een petabyte – oftewel een miljoen gigabyte – aan gegevens opslaan in een kubus met een doorsnede van slechts 0,1 millimeter.
Wetenschappers proberen al jaren losse atomen in dataopslag in te zetten als bits: de enen en nullen die de basiseenheden van computerinformatie vormen. Acht bits vormen samen één byte, terwijl een byte op zijn beurt één letter of cijfer vertegenwoordigt. De huidige harde schijven gebruiken miljarden atomen voor enkele tientallen bits.
Heersen zwermen killerdrones straks over het slagveld?
Een luchtruim gevuld door kunstmatig intelligente killerdrones, die autonoom bepalen wie blijft leven en wie zal sterven. Hoe waarschijnlijk is dat?
Onder leiding van Sander Otte hebben de Delftse onderzoekers nu voor het eerst een systeem ontwikkeld met een groot aantal enkelatomige bits. Hun geheugen bevat 8128 bits (1 kilobyte) en is slechts 96 bij 126 nanometer groot – ongeveer een duizendste van de dikte van een haar.
Toren van cd-roms
Het geheugen bestaat uit chlooratomen op een koperen oppervlak met putjes. Een zogeheten scanning-tunnelingmicroscoop (STM) plaatst de losse atomen in de putjes of haalt ze eruit. In elke put komt de aan- of afwezigheid van een atoom overeen met een 1 of een 0.
Een kilobyte aan gegevens is niet bijster veel – niet meer dan een handvol tweets. Volgens het team is er echter geen natuurkundige belemmering voor het bouwen van veel grotere atomaire geheugens. In theorie zou het geheugen dan een twee kilometer hoge toren van cd-romschijven (zonder doosje) kunnen reduceren tot een kubus van 0,1 millimeter in doorsnee.
Feynman en Darwin
Om het geheugen te testen, maakten de onderzoekers een nieuwe versie van de 8-bit-ASCII-codes die losse karakters in tekstbestanden aanduiden. Met de nieuwe ASCII-codes plaatsten ze een deel van een lezing van Richard Feynman uit 1959 in het geheugen. In deze lezing speculeert de beroemde natuurkundige dat we op een dag in staat zullen zijn losse atomen te verplaatsen.
De onderzoekers toonden tevens aan dat het geheugen herschreven kan worden. Dat deden ze door Feynmans tekst te overschrijven met een deel van Darwins On the Origin of Species.
Gevoelig geheugen
Het systeem heeft nog wel enkele praktische tekortkomingen. Het werkt alleen bij een temperatuur van -196 °C. Bij een hogere temperatuur gaan de atomen samenklonteren. Daarnaast is het geheugen bijzonder langzaam. Het uitlezen van een blokje van 8 bytes duurt ongeveer een minuut, en overschrijving daarvan twee minuten. Bovendien kunnen kleine verstoringen de atomen of de gevoelige STM-punt aantasten, waardoor bits onleesbaar worden. Dat leidde bij de test tot enkele ontbrekende letters en woorden.
Zelfs met deze beperkingen is het werk een grote stap voorwaarts, stelt Franz Himpsel van de University of Wisconsin-Madison in de VS. De compactste geheugens die momenteel in omloop zijn, hebben plaats voor 6 tot 12 terabits per vierkante centimeter. Een atomair geheugen kan meer dan 3000 terabits per vierkante centimeter bevatten.
Volgens Himpsel is opschaling naar een geheugencapaciteit van een gigabyte geen sinecure, maar wel mogelijk. ‘Het is net als met siliciumtechnologie: als je eenmaal weet hoe het moet, kun je opschalen, opschalen en nog eens opschalen.’
Altijd op de hoogte blijven van het laatste wetenschapsnieuws? Meld je nu aan voor de New Scientist nieuwsbrief.
Lees verder: