"Cristales de memoria", el invento que desafía las leyes de la física y busca resolver el almacenamiento masivo

El desarrollo surgió a raíz de un experimento que data de 1999. Además, busca combatir la proliferación actual de centros de datos en todo el mundo.

Los "cristales de memoria": una solución a los problemas de centros de datos. 

Durante una visita a Universidad de Kioto en 1999, el investigador Peter Kazansky descubrió que podíamos usar la luz para imprimir patrones complejos dentro de materiales transparentes a una escala menor que la longitud de onda de la luz. Hoy, 27 años después, ese "momento eureka" puede tener fuertes implicaciones en la industria tecnológica ya que abre una posible solución para el desafío del almacenamiento y los centros de datos: guardar la información dentro del vidrio utilizando láseres.

La historia del descubrimiento

El hecho ocurrió más de un cuarto de siglo atrás, en el laboratorio de optoelectrónica de la universidad japonesa, donde científicos realizaban experimentos para escribir información sobre vidrio utilizando láseres ultrarrápidos de femtosegundos, capaces de emitir pulsos de luz cada cuatrillonésima de segundo.

Guardar la información dentro del vidrio utilizando láseres, una alternativa a los centros de datos.

Durante las pruebas detectaron un comportamiento extraño en la forma en que la luz atravesaba el vidrio tratado con láser. En condiciones normales, la llamada Dispersión de Rayleigh explica cómo la luz blanca se dispersa al chocar contra pequeñas partículas, lo que da lugar, por ejemplo, al color azul del cielo. Sin embargo, en el material procesado por el láser el fenómeno parecía comportarse de otra manera.

El investigador Peter Kazansky, profesor de optoelectrónica en la Universidad de Southampton, que colaboraba entonces con el equipo japonés detalló: “Vimos cómo la luz se dispersaba de una manera que parecía desafiar las leyes de la física”.

Aquella anomalía derivó en lo que el propio científico describe como un auténtico “momento eureka”. El equipo descubrió que los láseres habían generado microscópicas estructuras dentro del vidrio de sílice a través de microexplosiones producidas por los pulsos de energía.

Esas estructuras funcionan como diminutos orificios que alteran el recorrido de la luz. Son aproximadamente mil veces más pequeñas que el grosor de un cabello humano. En este escenario, su potencial tecnológico se volvió evidente para los investigadores.

“Esta fue la primera prueba de que podíamos usar la luz para imprimir patrones complejos dentro de materiales transparentes a una escala menor que la longitud de onda de la luz”, afirma Kazansky.

La implicancia en la industria de los centros de datos

La expansión de Internet, la inteligencia artificial, los dispositivos inteligentes y los sistemas digitales generaron producción de información sin freno que, en contrapartida, aumento la exigencia de sistemas de almacenamientos.

Los números son impresionantes: según estimaciones de la firma de análisis International Data Corporation (IDC), para 2028 la humanidad generará alrededor de 394 billones de zettabytes de datos por año. Un zettabyte equivale a un billón de gigabytes.

En este escenario, en la actualidad existe la idea de que los datos existen solo “en la nube”, una verdad que resulta engañosa para el promedio de la gente. Es que, en la práctica, toda esa información se aloja en centros de datos: enormes instalaciones repletas de servidores que operan de forma permanente.

Estas infraestructuras consumen grandes cantidades de energía y agua para funcionar y refrigerarse. Actualmente, representan cerca del 1,5% del consumo eléctrico mundial y se proyecta que su demanda energética podría duplicarse para 2030.

Los centros de datos representan cerca del 1,5% del consumo eléctrico mundial.

Además, el auge reciente de la inteligencia artificial generativa agrandó el problema al requerir sistemas de computación de alto rendimiento capaces de procesar grandes volúmenes de información.

Una parte significativa de esa energía se destina a los llamados “datos calientes”: información que debe estar disponible de forma inmediata, como transacciones bancarias o documentos en línea. Sin embargo, se estima que hasta el 80% de los datos globales corresponden a “datos fríos”, aquellos archivos que rara vez se consultan, como registros contables, auditorías y más.

Hoy en día, este tipo de información se almacena principalmente en discos duros o en cintas magnéticas dentro de centros de datos. Ambos sistemas requieren energía para conservarse y, en el caso de las cintas, deben reemplazarse cada 10 a 20 años debido a su degradación.

Cristales de memoria: la innovación tecnológica para combatir los centros de dato

Ante este escenario, Kazansky propone una solución diferente: almacenar información dentro del vidrio utilizando láseres.

Con el paso de los años, el científico descubrió que las nanostructuras generadas en el vidrio podían utilizarse para codificar datos de manera similar a la transmisión de información en fibras ópticas. El método consiste en registrar información en cinco dimensiones: no solo en las tres coordenadas espaciales (x, y, z), sino también mediante la orientación y la intensidad de la luz.

“Al aprovechar estas propiedades de la luz, podemos almacenar datos en cinco dimensiones en lugar de las tres habituales, lo cual es la clave para lograr la alta densidad necesaria para un almacenamiento ‘eterno’”, afirma Kazansky.

Posteriormente, para recuperar la información se utiliza un microscopio óptico especial equipado con una cámara capaz de detectar cambios en la polarización y la intensidad de la luz. “Como las nanoestructuras modifican la forma en que la luz viaja a través de ellas, usamos ópticas especiales para ‘ver’ esos cambios de polarización, que luego se decodifican nuevamente en datos digitales”, explicó.

Las ventajas del sistema

Este tipo de soporte, al que el equipo denomina “cristales de memoria”, tiene varias ventajas potenciales. La energía solo se requiere para escribir los datos, pero no para almacenarlos ni para leerlos.

Además, la densidad de almacenamiento es extremadamente alta: teóricamente se podrían guardar hasta 360 terabytes en un disco de vidrio de cinco pulgadas (12,7 centímetros).

El material utilizado es vidrio de sílice fundido, conocido por su gran estabilidad térmica y resistencia. Según Kazansky, los datos almacenados de esta manera podrían durar prácticamente indefinidamente, siempre que el disco se conserve protegido para evitar daños físicos.

En 2024 el investigador y su hijo fundaron la empresa SPhotonix con el objetivo de comercializar esta tecnología. La compañía acaba de cerrar una ronda de financiación por u$s4,5 millones y ya mantiene conversaciones con empresas tecnológicas interesadas en probar prototipos en centros de datos.