全息存儲(chǔ)器

該技術(shù)利用了嗜鹽桿菌進(jìn)化上的適應(yīng)方法，當(dāng)氧的濃度變得很低時(shí)，可以制成光敏膜蛋白質(zhì)。

這種蛋白質(zhì)就是人們所熟知的視紫紅質(zhì)菌（噬菌調(diào)理素），這是一種類似于視紫紅質(zhì)的紫色顏料，出現(xiàn)于鹽桿菌屬的細(xì)菌膜，它把陽光直接轉(zhuǎn)變成化學(xué)能。當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)吸收光線以后，經(jīng)過一系列的化學(xué)狀態(tài)，釋放出一個(gè)質(zhì)子，最終自身結(jié)構(gòu)重新排列。

當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)處于周期中的某些狀態(tài)時(shí)，可以吸收光線形成全息圖。在天然環(huán)境中，這些狀態(tài)只能短暫地維持：整個(gè)周期只需要10——20毫秒。但是之前的研究顯示，在其化學(xué)周期快結(jié)束時(shí)，用紅色光照射蛋白質(zhì)能迫使它變成一種可用的狀態(tài)——這就是“Q 態(tài)”，能夠持續(xù)數(shù)年。

問題是很難在自然生成的蛋白質(zhì)上產(chǎn)生Q態(tài)?；瘜W(xué)系的分子生物學(xué)家羅伯特領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)采用基因方式處理嗜鹽桿菌，使之能產(chǎn)生一種蛋白質(zhì)，這種蛋白質(zhì)進(jìn)入Q態(tài)較為容易。

做為全息系統(tǒng)的一部分，這種蛋白質(zhì)懸浮在一種高分子凝膠中。綠色激光束分成兩部分，其中一束對數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼。激光束調(diào)制凝膠，用干涉圖樣印記在蛋白質(zhì)上來存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。讀取數(shù)據(jù)時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出一個(gè)單一的、低功率的紅色激光束回溯干涉圖樣。藍(lán)色激光用來擦除數(shù)據(jù)。

隨著技術(shù)的進(jìn)步，人們對信息的需求越來越多，對大量信息的存儲(chǔ)要求越來越高，“下一代DVD”的標(biāo)準(zhǔn)之爭越演越烈。全息存儲(chǔ)技術(shù)將會(huì)讓幾十GB容量的“下一代DVD光盤”相形見絀，將全息技術(shù)運(yùn)用在存儲(chǔ)上面，能在一個(gè)方糖塊的體積大小上保存1000GB（ITB）的信息容量，這些一切離我們已經(jīng)很近，全息存儲(chǔ)時(shí)代的大幕將在2006年拉開：

什么是全息攝影技術(shù)（holography）：全息即“全部信息”的意思。它與一般的攝影機(jī)攝影不同。它是用一條激光束將一個(gè)物體照亮，使其反射到那個(gè)底板上去，再用另人睛條光束，經(jīng)過平面鏡，也反射到那個(gè)底板上去，兩者在底板上形成一幅“干涉圖樣”。底板再受到第二條波長相同的激光束照射時(shí)，就會(huì)顯現(xiàn)出清晰的圖象。

容量更高、速度更快、可靠性更強(qiáng)，永遠(yuǎn)是用戶對硬盤孜孜以求的目標(biāo)。在美國《福布斯》雜志近期評選出的本年度科技流行趨勢中，全息存儲(chǔ)技術(shù)赫然位列其中。

全息存儲(chǔ)器嶄露頭角

目前現(xiàn)有得DVD單片容量為8.5GB，而下一代DVD存儲(chǔ)容量能夠達(dá)到50GB，被《福布斯》雜志評為未來10大“最酷”技術(shù)之一的全息存儲(chǔ)技術(shù)理論上可以達(dá)到1000GB以上的數(shù)據(jù)，目前的全息存儲(chǔ)產(chǎn)品已經(jīng)達(dá)到了300GB的容量，是所謂的下一代DVD存儲(chǔ)容量的6倍。全息存儲(chǔ)技術(shù)的研發(fā)已經(jīng)持續(xù)了40多年，一直沒有真正的實(shí)現(xiàn)，最近日本、美國的幾家公司相繼宣布，將在2006年推出可以商業(yè)化銷售的全息存儲(chǔ)產(chǎn)品。其中，美國的印菲斯技術(shù)公司，以傳統(tǒng)的“雙光束干涉法”為基礎(chǔ)研制出全息存儲(chǔ)器，其信號光束和參照光束分別來自不同的方向，照射在同一位置上。日本日立萬勝公司宣布，采用這種技術(shù)研制出了容量為300GB的全息存儲(chǔ)器，將推向市場。另外日本Optoware公司采用同線全息技術(shù)，其信號光束和參照光束來自相同的方向，他們研發(fā)出了容量為200GB的全息存儲(chǔ)器，將投放市場。

美國國防部高級計(jì)劃署資助的Starzent公司的CEO蒂姆哈維（Tim Harvey）說：“基于蛋白質(zhì)的全息媒體存儲(chǔ)技術(shù)有潛力將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)成本大大降低，可以重復(fù)擦寫1000萬次以上?！辫b于蛋白質(zhì)異乎尋常的活力，如果研究人員找到一種適當(dāng)?shù)倪z傳性變型，目前的生物技術(shù)能夠很快大批量生產(chǎn)，并且成本較低。

全息存儲(chǔ)設(shè)備大體上來說，要提高兩方面的能力，一個(gè)就是存儲(chǔ)量，還有一個(gè)就是數(shù)據(jù)的存取速度。比如，當(dāng)前的技術(shù)傳輸30GB大小的高清電影文件到硬盤上大約需要30至45分鐘。

而全息存儲(chǔ)設(shè)備可能將這一時(shí)間降低至10秒。

Longmont全息技術(shù)公司營銷副總裁莉斯證實(shí)，全息存儲(chǔ)設(shè)備每平方英尺可存儲(chǔ)高達(dá)500GB的數(shù)據(jù)，一些產(chǎn)品即將完成。它至少具備一個(gè)優(yōu)點(diǎn)就是可重復(fù)擦寫，這在現(xiàn)有的媒體存儲(chǔ)設(shè)備中并不常見。不過美中不足的是寫入需要紅色光，而擦除則是藍(lán)光。

從CD，藍(lán)光/HD-DVD技術(shù)的發(fā)展來看——“存儲(chǔ)密度增加是伴隨著波長的減小”。因此采用紅色波作為寫入光的全息存儲(chǔ)存在局限性。這一點(diǎn)降低了它在高密度數(shù)據(jù)存儲(chǔ)應(yīng)用上的吸引力。

美國康涅狄格州大學(xué)的研究人員發(fā)現(xiàn)，通過使用激光在微生物蛋白上刻蝕數(shù)據(jù)，可制造一種可擦除的全息存儲(chǔ)器。第一個(gè)全息存儲(chǔ)系統(tǒng)最近已經(jīng)投放市場，不過它還不像光盤那樣可以實(shí)時(shí)擦寫。

美國康涅狄格大學(xué)的研究人員將他們的全息存儲(chǔ)系統(tǒng)構(gòu)建在重新處理過的蛋白質(zhì)上，這些蛋白質(zhì)由鹽沼中常見的像細(xì)菌一樣的有機(jī)體構(gòu)成。用藍(lán)光照射就可以擦除蛋白質(zhì)上存儲(chǔ)的所有數(shù)據(jù)。該項(xiàng)目是由美國康涅狄格大學(xué)材料科學(xué)院納米仿生研究中心的帶頭人杰弗里（Jeffrey Stuart）領(lǐng)導(dǎo)的。

全息存儲(chǔ)是受全息照相的啟發(fā)而研制的，當(dāng)你明白全息照相的技術(shù)原理，對于全息存儲(chǔ)就可以更好地理解。我們在拍攝全息照片時(shí)，對應(yīng)的拍攝設(shè)備并不是普通照相機(jī)，而是一臺(tái)激光器。該激光器產(chǎn)生的激光束被分光鏡一分為二，其中一束被命名為“物光束”，直接照射到被拍攝的物體，另一束則被稱為“參考光束”，直接照射到感光膠片上。當(dāng)物光束照射到所攝物體之后，形成的反射光束同樣會(huì)照射到膠片上，此時(shí)物體的完整信息就能被膠片記錄下來，全息照相的攝制過程就這樣完成了。乍看過去，全息照片上只有一些亂七八糟的條紋，但當(dāng)我們使用一束激光去照射這張照片時(shí)，真實(shí)的原始立體圖像就會(huì)栩栩如生地展現(xiàn)出來。

前不久，致力于研發(fā)全息存儲(chǔ)技術(shù)的InPhase公司向公眾展示了他們開發(fā)的全息存儲(chǔ)驅(qū)動(dòng)器以及全息存儲(chǔ)碟片。根據(jù)InPhase公司介紹，這次推出的全息碟片存儲(chǔ)密度達(dá)到了每平方英寸200GB，預(yù)計(jì)可以大規(guī)模投入量產(chǎn)。到2009年，他們的目標(biāo)是達(dá)到1.6T！

全息存儲(chǔ)技術(shù)同樣需要激光束的幫忙，研發(fā)人員要為它配備一套高效率的全息照相系統(tǒng)。首先利用一束激光照射晶體內(nèi)部不透明的小方格，記錄成為原始圖案后，再使用一束激光聚焦形成信號源，另外還需要一束參考激光作為校準(zhǔn)。當(dāng)信號源光束和參考光束在晶體中相遇后，晶體中就會(huì)展現(xiàn)出多折射角度的圖案，這樣在晶體中就形成了光柵。一個(gè)光柵可以儲(chǔ)存一批數(shù)據(jù)，稱為一頁。我們把使用全息存儲(chǔ)技術(shù)制成的存儲(chǔ)器稱為全息存儲(chǔ)器，全息存儲(chǔ)器在存儲(chǔ)和讀取數(shù)據(jù)時(shí)都是以頁為單位。

噬菌調(diào)理素：這種蛋白質(zhì)存在于一種適鹽菌屬海洋微生物的微組織薄膜中。這種菌在含鹽的潮濕環(huán)境里可以承受150℃高溫。所以用它作為存儲(chǔ)媒體，是因?yàn)閷λM(jìn)行光照射循環(huán)時(shí)，它會(huì)按一定順序發(fā)生結(jié)構(gòu)變化。利用結(jié)構(gòu)變化過程中的不同狀態(tài)，可以分別表示“0”或“1”。現(xiàn)已制成這種存儲(chǔ)系統(tǒng)原型，它在透明容器里，填以聚丙烯酰胺凝膠，并把蛋白質(zhì)放進(jìn)去構(gòu)成存放數(shù)據(jù)的三維陣列。