Cuarzo 5D: el almacenamiento infinito

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Por Fernando Molina, CEO de NUBEADO – Expertos en tecnologías web

No parece necesario señalar, que la cantidad de información generada en lo que va de siglo XXI, se ha incrementado exponencialmente hasta límites inimaginables. Un día cualquiera, se almacenan miles de millones de fotografías, audios, videos, textos, etc. en algún servidor de datos del planeta. En muy poco tiempo, hemos pasado de hablar de Megabytes, a Gigabytes y ahora de Terabytes. Muy lejos, prácticamente olvidados, quedan ya esos CDROM de 700Mb que revolucionaron el Siglo XX.

Este aumento imparable de información y la necesidad de almacenamiento, ha llevado a científicos y grandes compañías a buscar nuevos materiales y técnicas que permitan asumir este nuevo desafío y es aquí donde entra en juego el objeto del artículo de hoy.

Y es que ya en 2010 en la Universidad de Kioto, tuvieron lugar las primeras demostraciones experimentales de una nueva tecnología de almacenamiento óptico en 5 dimensiones, que utilizaba el Cuarzo como material base (CUARZO 5D), consiguiendo almacenar un fichero de apenas medio megabyte en un pequeño cristal de cuarzo.

Desde luego, este hecho no parece un hito reseñable, pero sentó las bases para que años después, el mismo grupo de científicos anunciara que dicha tecnología continuaba siendo desarrollada, y permitiría en un futuro, almacenar hasta 360Tb de datos, en un tamaño similar al de un CD, y con una vida útil de unos 13.800 millones de años.

Pues bien, aunque nos pueda sonar a ciencia ficción, la realidad es que esta tecnología ya existe; y para explicar, aunque sea de modo somero la base científica en que se fundamenta, debemos detenernos en detallar su ingrediente principal, que no es otro que el cuarzo fundido, un cristal de óxido de silicio, conocido coloquialmente como sílice, y que está caracterizado por tener una estructura amorfa. 

Esta estructura desordenada, a diferencia de otros sólidos cristalinos que tienen átomos perfectamente ordenados (red cristalina), le confiere un atributo diferencial que en física se llama isotropía; cualidad que hacer que sus propiedades físicas sean las mismas en todas direcciones, y que no tengan un punto de fusión definido. Esta propiedad de los cristales de cuarzo fundido permite que su estabilidad térmica, química y su resistencia sean muy altas, pudiendo resistir el contacto directo del fuego y temperaturas de hasta 1.000 grados Celsius sin deteriorarse, hecho que les permite tener una durabilidad casi infinita.

Ya hemos visto a grosso modo, cuáles son las propiedades físicas que le otorgan a este material disponer de una longevidad sin precedentes, y del mismo modo, vamos ahora a tratar de entender cómo consiguen almacenar tal cantidad de información (360Tb) en un soporte tan reducido como un DVD, y la clave se esconde tras la tecnología en la que se realiza el proceso de escritura: El láser de femtosegundo.

Este láser, a diferencia de los utilizados en los procesos de grabación de CDs o DVDs, es similar al que se utiliza en cirugía ocular para operar las cataratas, la miopía y otros defectos de refracción de la luz. Su nombre viene dado por su capacidad de producir pulsos de luz con una duración extremadamente corta, del orden de los femtosegundos (10-15 s), una magnitud equivalente a una milésima de la billonésima parte de un segundo. Además, su precisión en el dominio del tiempo es enorme, una cualidad fundamental para poder realizar incisiones muy pequeñas en el cuarzo fundido, que permitan codificar los bits de los datos que queremos almacenar.

Estas incisiones, se realizan en 3 capas diferentes del soporte, aunque el grupo de investigadores de la Universidad de Southampton que está desarrollando esta tecnología, ya ha conseguido llevar a cabo pruebas en las que han escrito hasta 18 capas.

Asimismo, este tipo de láser permite manipular la forma en la que se propaga la luz a través de la nanoestructura del disco de cuarzo, y gracias a esto, es posible codificar de forma binaria en el cristal. 

Cabe reseñar en este punto, que la grabación de la información en los discos de cuarzo es permanente, y al menos por el momento, no es posible reescribir en ellos nuevos datos. Por otra parte, para leer la información codificada se precisa de una máquina que combina un microscopio óptico y un filtro polarizador.

Ya hemos visto los fundamentos y cualidades físicas que subyacen en esta tecnología, y sólo nos queda comentar el por qué decimos que se trata de una tecnología 5D.

La respuesta a esta cuestión podemos interpretarla como la necesidad de conocer cinco coordenadas derivadas de la posición y la orientación concreta que tiene cada una de las celdillas de la nanoestructura, para que sea posible leer cada una de las unidades mínimas de la información codificada en el soporte de cuarzo.

Podemos decir que tres de estas dimensiones coinciden con las tres coordenadas espaciales con las que el lector a buen seguro está familiarizado (X,Y,Z). 

La “cuarta dimensión” es la dirección del eje que nos indica la orientación espacial de cada una de las celdillas de la nanoestructura. Y la “quinta dimensión” deriva del tamaño de cada celdilla, que, a su vez, actúa sobre la intensidad de la luz reflejada por cada una de ellas.

Llegados a este punto, podemos aseverar que el almacenamiento óptico de datos 5D funciona y es ya una realidad, y que está llamada a revolucionar la forma en la que almacenaremos la información en el futuro. 

La parte negativa es que actualmente es una tecnología muy costosa debido fundamentalmente a que los dispositivos involucrados en los procesos de lectura y escritura son complejos, caros y voluminosos, y eso hace que al menos por ahora, no parezca que vaya a estar disponible en el corto plazo en hogares y oficinas.

En cualquier caso, y si nos atenemos a la evolución que han tenido otras tecnologías basadas en láseres y optoelectrónica en el pasado, no parece descabellado pensar en que, con un poco de suerte, los científicos conseguirán miniaturizar y reducir el coste de estos dispositivos, para que esta tecnología se popularice en no más de una o dos décadas.