Mais dados em menos espaço

Uma nova abordagem de armazenamento de dados usando a holografia conseguiu armazenar e recuperar informações em três dimensões, para iso combinando três propriedades da luz: Amplitude, fase e polarização.

Ao permitir o armazenamento de mais dados no mesmo espaço, essa nova técnica de armazenamento óptico deverá contribuir para atender à crescente demanda global por dados.

Em vez de gravar dados apenas em uma superfície, como um disco rígido ou um disco óptico (CD, DVD, Blu-ray), o armazenamento de dados holográfico utiliza um laser para armazenar informações digitais no interior da estrutura física de um material sólido.

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Como esta nova técnica armazena diversos padrões de luz sobrepostos em todo o volume do material, ela permite uma densidade de armazenamento muito maior.

“No armazenamento de dados holográficos convencional, a codificação de dados normalmente usa apenas uma dimensão da luz, como amplitude ou fase, ou, no máximo, combina duas dessas dimensões,” explicou o professor Xiaodi Tan, da Universidade Normal de Fujian, na China. “Com base no princípio da holografia de polarização, usamos uma arquitetura de aprendizado profundo, conhecida como modelo de rede neural convolucional, para permitir o uso da polarização como uma dimensão de informação independente.”

O objetivo agora é criar gravadores/leitores de dados que possam ser comercializados.
[Imagem: Ruixian Chen et al. – 10.1364/OPTICA.586593]

Armazenamento holográfico de dados

O armazenamento holográfico de dados registra informações como páginas de dados semelhantes a imagens, formadas por padrões de luz laser. A codificação converte os dados digitais nessas páginas para gravação, e a decodificação restaura as páginas gravadas de volta para o usuário.

Teoricamente, múltiplas propriedades da luz poderiam ser usadas para codificar mais informações em cada página de dados, mas fazer isso na prática é um desafio. Para solucionar esse problema, os pesquisadores passaram anos aprimorando a holografia de polarização baseada em tensores, que preserva o estado de polarização registrado no holograma durante a reconstrução. Isso permite que a polarização sirva como um canal confiável para armazenar informações.

O resultado é um esquema de codificação de modulação 3D controlando a intensidade e a fase de dois estados de polarização ortogonais e usando uma abordagem de holograma de dupla fase. Isso possibilitou que um único modulador espacial de luz, baseado apenas em fase, codificasse informações de amplitude, fase e polarização no campo óptico.

Já decodificar as informações combinadas de amplitude, fase e polarização (3D) é mais difícil, porque os sensores detectam apenas a intensidade da luz (amplitude), não conseguindo detectar diretamente a fase e a polarização. Os pesquisadores resolveram esse problema de leitura utilizando a teoria da holografia de polarização tensorial e projetando um modelo de rede neural convolucional para recuperar simultaneamente informações 3D diretamente de imagens de intensidade de difração.

O modelo aprende as características de amplitude, fase e polarização do campo óptico a partir de duas imagens de difração complementares: Uma capturada com um polarizador vertical e outra sem. Ao usar essas imagens de intensidade como entradas, a rede neural treinada consegue decodificar simultaneamente amplitude, fase e polarização, o que permite aumentar a densidade de armazenamento e a velocidade de transmissão.

“Com maior desenvolvimento e comercialização, esse tipo de armazenamento de dados holográfico multidimensional poderá viabilizar data centers menores e armazenamento de arquivos em larga escala mais eficiente, além de aprimorar a eficiência do processamento e da transmissão de dados,” disse Tan. “Ele também poderá contribuir para uma transmissão de dados mais segura, criptografia óptica e imagens avançadas.”

Bibliografia:

Artigo: Encoding and decoding of multidimensional optical field modulation in holographic data storage
Autores: Ruixian Chen, Jinyu Wang, Hao Wu, Minghui Song, Yi Yang, Dakui Lin, Xiaodi Tan
Revista: Optica
DOI: 10.1364/OPTICA.586593