在科幻片里我们常看到这样一个场景，主人公从口袋里掏出微型设备打开海量数据库执行任务。倘若在不久的将来，我们不用再专门跑到图书馆查询文档、拿着沉甸甸的硬盘拷贝数据资料，而是轻松地在口袋里携带一个“大数据中心”，像主人公一样随时找到需要的数据，这将是多棒的体验？2月25日，上理工顾敏院士团队在《科学》子刊《科学进展》杂志上发表高水平论文，在光信息存储技术领域让上述海量数据实现“随身带”成为可能。
到2025年，全球生成的数据总量预计达到175 ZB（泽字节）。175泽字节相当于什么概念？上海理工大学人工智能纳米光子学中心常务副主任张启明教授解释，1泽字节等于10亿TB(太字节)，如果将这么多数据存储在蓝光光盘上，则光盘堆栈的高度将是地球到月球距离的23倍。开发能够容纳如此大量数据的存储技术迫在眉睫。
不断增长的信息存储需求导致大数据数据中心的广泛使用，这些数据中心能量消耗巨大，约占全球电力供应的3％，且依赖于基于磁记录的硬盘驱动器。这种硬盘驱动器非但存储容量有限，单盘片数据存储量最大为2太字节，而且使用寿命一般只有3-5年。利用激光实现的光存储技术有望满足以上数据存储需求，同时可以有效节省成本，在过去的几十年中，光存储技术取得了长足进步。但是，光的衍射性质限制了可达到的信息位大小，限制了光盘的存储容量，光盘存储容量仍然被限制在几个太字节。
对此，上海理工大学人工智能纳米光子学中心顾敏院士、澳大利亚皇家墨尔本理工大学、新加坡国立大学刘晓刚教授联合开展研究，论文“基于上转换共振能量转移的纳米级光学写入技术”发表于《科学》子刊《科学进展》上，研究的实验工作由上海理工大学人工智能纳米光子学中心博士后西蒙尼·拉蒙博士完成。
这一项研究技术如何解决海量大数据光存储技术瓶颈？顾敏院士介绍，通过一种稀土元素——镧系元素掺杂的荧光上转换纳米颗粒和氧化石墨烯结合，实现低功率的光学写入纳米级信息位（纳米级是指1–100纳米的大小，其中1纳米等于一米的十亿分之一），为下一代光信息存储技术提供了的新的方案。研究所开发的亚衍射光学写入技术将大大提高数据密度，可以生产出在所有可用光学技术中具有最大存储容量的光盘，预计一张12厘米的光盘数据存储量可以达到700太字节，相当于28,000张蓝光光盘的存储量。“相当于把原来足球场大小的数据中心变成盒子般大小的存储空间。”张启明教授形象地比喻。
此外，这一技术使用一种新的纳米复合材料，将氧化石墨烯与荧光上转换纳米颗粒结合在一起，使用荧光上转换纳米颗粒将亚衍射信息位写入纳米复合材料，在结构光照明下局部还原氧化石墨烯，还原氧化石墨稀的过程通过共振能量转移来完成，从而降低能耗，延长光学器件的使用寿命。“如果说，原来需要一个桌子大小的高能量激光器，那么使用新技术的激光器将降低为指甲盖大小。”张启明教授解释。同时，与传统光学写入技术使用昂贵且笨重的脉冲激光器相比，此技术使用便宜的连续波激光器，大大降低了成本。
这一系列创新发现为大容量光数据存储技术提供更便宜、可持续发展的解决方案，同时适于光盘的低成本批量生产，应用潜力巨大，为解决全球数据存储挑战开辟了新途径。
