传统蓝光光盘容量仅约100GB，最大不超过500GB。最近，多个上海科学家团队联手研制出了容量可达1.6PB（1PB相当于1百万GB）的新型光盘，其容量相当于一万张传统光盘，数据存储年限至少可达40年，绿色光学大数据存储时代由此开启。2月22日凌晨，国际顶级学术期刊《自然》刊发了这一成果。
数字经济时代，大容量数据存储至关重要。无论是Sora，还是，人工智能领域掀起的一系列颠覆性创新中，大数据发挥了极为重要的作用。但GPT背后的数据集、整个互联网的文本数据量均高达PB级，而存储这些数据所需的硬盘面积相当于一个操场。作为一项划时代技术，上海科学家联手研制的纳米级三维光盘存储器可将存储空间缩小到台式电脑大小，可大大降低成本。
此外，半导体闪存设备和硬盘驱动器等需要恒温恒湿、防磁防尘的运行环境，能耗巨大。据统计，2022年，中国数据中心的总耗电量超过两个三峡水电站的总发电量。令人头疼的是，目前主流存储设备的数据每隔不到10年就要定期迁移一次，存在数据被篡改和丢失的风险。相比之下，纳米级光盘存储器具有安全可靠、能耗低，寿命可达50至100年的显著优势。
然而，受到光学衍射极限的限制，传统商用光盘的最大容量仅在百GB量级。这一物理限制阻碍了光学显微成像、光存储等领域的发展。《科学》杂志2021年发布的125个前沿科学问题中，“突破衍射极限障碍”位居物理学领域首位。同时，它也是《自然》杂志预测2024年及以后的七大技术突破之一。
早在1994年，德国科学家赫尔教授就发明了受激辐射损耗显微成像技术，首次证明了光学衍射极限能够被打破，并因此获得2014年诺贝尔化学奖。2013年，此次论文的通讯作者之一，上海理工大学光子芯片研究院院长顾敏院士研究团队基于双光束写入机理实现了9纳米单线结构，信息的超分辨写入问题得到解决。
不过，要将这一技术用于数据存储，还得解决信息的超分辨读取难题。“实现这方面的突破，必须同时在光学与材料两个学科上有深厚积累，并能融会贯通。”论文通讯作者之一、中国科学院上海光学精密机械研究所阮昊研究员介绍，此次发布的新型光盘存储技术，在信息写入和读出方面均突破了衍射极限的限制，实现了点尺寸为54纳米、道间距为70纳米的超分辨数据存储，并完成了100层的多层记录。目前，新型光盘的单盘等效容量达到1.6PB。经老化加速测试，光盘介质寿命大于40年。
作为国际上首次实现PB量级的超大容量光存储器，这一成果得到了《自然》杂志审稿人的高度评价，认为“这是一种具有突破性创新的PB级光存储技术”“该工作可能会带来数据中心档案数据存储的突破”。
PB量级光盘的出现或将开启绿色光学大数据存储时代。未来，研究团队将加快推动超大容量光存储的集成化和产业化进程，并拓展其在光显微成像、光显示、光信息处理等领域的交叉应用。
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