ไมโครซอฟท์ โชว์ก้าวสำคัญ Project Silica เก็บข้อมูลบนแก้วทนทาน 10,000 ปี

ไมโตรซอฟท์ รายงานความคืบหน้าครั้งสำคัญของ โปรเจกต์ ซิลิกา (Project Silica) ซึ่งเป็นความพยายามในการเข้ารหัสข้อมูลลงในแก้วด้วยเลเซอร์เฟมโตวินาที (Femtosecond Lasers) เทคโนโลยีนี้สามารถเก็บรักษาข้อมูลได้นานถึง 10,000 ปี โดยแก้วเป็นวัสดุจัดเก็บข้อมูลที่ถาวร ทนทานต่อทั้งน้ำ ความร้อน และฝุ่นละออง

จากผลการวิจัยที่ตีพิมพ์ใน เนเจอร์ (Nature) ไมโครซอฟท์ได้อธิบายถึงการค้นพบครั้งสำคัญที่ขยายขอบเขตของเทคโนโลยีนี้จากเดิมที่ต้องใช้แก้วควอตซ์ (Fused Silica) ที่มีราคาแพง ไปสู่แก้วโบโรซิลิเกต (Borosilicate Glass) ทั่วไป ซึ่งเป็นวัสดุที่หาได้ง่ายและมีราคาถูกกว่า โดยเป็นวัสดุชนิดเดียวกับที่ใช้ในภาชนะเครื่องครัวและประตูกระจกเตาอบ

การพัฒนานี้ช่วยขจัดอุปสรรคสำคัญในการนำไปใช้ในเชิงพาณิชย์ ทั้งในด้านต้นทุนและความพร้อมของวัสดุ นอกจากนี้ เรายังปลดล็อกวิทยาการด้านการเขียนข้อมูลความเร็วสูงแบบขนาน และพัฒนาเทคนิคการทดสอบการเร่งอายุของข้อมูลบนแก้ว ซึ่งบ่งชี้ว่าข้อมูลจะยังคงสมบูรณ์อยู่ได้อย่างน้อย 10,000 ปี

การจัดเก็บข้อมูลภายในแก้วด้วยเลเซอร์พัลส์ระดับเฟมโตวินาที เป็นหนึ่งในไม่กี่เทคโนโลยีที่มีศักยภาพในการจัดเก็บข้อมูลที่ทนทาน ไม่สามารถแก้ไขได้ และมีอายุการใช้งานยาวนาน แม้ว่าเราจะเป็นผู้นำนวัตกรรมการจัดเก็บข้อมูลประเภทนี้มาหลายปี แต่ก่อนหน้าการวิจัยนี้ เทคนิคดังกล่าวใช้งานได้กับแก้วควอตซ์บริสุทธิ์เท่านั้น ซึ่งผลิตยากและมีแหล่งที่มาจำกัด

ในงานวิจัยนี้ เราได้แสดงให้เห็นว่าข้อมูลสามารถจัดเก็บในแก้วโบโรซิลิเกตได้อย่างไร เทคนิคใหม่นี้สามารถเก็บข้อมูลได้หลายร้อยชั้นในแก้วที่หนาเพียง 2 มม. เช่นเดียวกับวิธีก่อนหน้า แต่มีการปรับปรุงที่สำคัญคือ ตัวอ่านข้อมูลจากแก้วตอนนี้ใช้กล้องเพียงตัวเดียว แทนที่จะเป็นสามหรือสี่ตัว ช่วยลดทั้งต้นทุนและขนาด นอกจากนี้ อุปกรณ์เขียนข้อมูลยังมีชิ้นส่วนน้อยลง ทำให้ผลิตและปรับแต่งได้ง่ายขึ้น ทั้งยังช่วยให้เข้ารหัสข้อมูลได้รวดเร็วยิ่งขึ้น

การค้นพบทางวิทยาศาสตร์ที่สำคัญ

ในบทความจาก เนเจอร์ ได้รายละเอียดการค้นพบทางวิทยาศาสตร์ที่สำคัญหลายประการ:

• ความก้าวหน้าในการเขียน Birefringent Voxel: สำหรับการเก็บข้อมูลแบบเดิมในแก้วควอตซ์ที่ใช้ Birefringent Voxel (การเปลี่ยนทิศทางแสง) เราได้พัฒนาเทคนิคที่ลดจำนวนพัลส์ที่ใช้สร้าง Voxel จากหลายพัลส์เหลือเพียง 2 พัลส์ โดยแสดงให้เห็นว่าโพลาไรเซชันของพัลส์แรกไม่มีผลต่อโพลาไรเซชันของ Voxel ที่สร้างขึ้น และเรายังพัฒนาต่อยอดจนสามารถเขียนแบบ "เสมือนพัลส์เดียว" (Pseudo-single-pulse writing) ซึ่งหนึ่งพัลส์สามารถแยกออกเพื่อสร้างพัลส์แรกของ Voxel หนึ่ง และพัลส์ที่สองของอีก Voxel หนึ่งได้พร้อมกัน ช่วยให้เขียนข้อมูลได้รวดเร็วผ่านการสแกนลำแสงบนวัสดุ

• Phase Voxels วิธีจัดเก็บรูปแบบใหม่: เราได้คิดค้นการจัดเก็บข้อมูลแบบใหม่เรียกว่า Phase Voxels ซึ่งเป็นการแก้ไขการเปลี่ยนเฟสของแก้วแทนการใช้โพลาไรเซชัน โดยใช้เพียงพัลส์เดียวในการสร้าง Voxel เราพิสูจน์แล้วว่า Phase Voxels สามารถสร้างในแก้วโบโรซิลิเกตได้ และได้คิดค้นเทคนิคการอ่านข้อมูลเฟสจาก Voxel ที่เข้ารหัสในวัสดุนี้ รวมถึงใช้โมเดลการเรียนรู้ของเครื่อง (Machine Learning) มาช่วยลดสัญญาณรบกวนแบบสามมิติที่สูงกว่าปกติ
• ความสามารถในการเขียนแบบขนาน: ด้วยการผสมผสานโมเดลคณิตศาสตร์ของการให้ความร้อนก่อนและหลังภายในแก้ว เข้ากับการประดิษฐ์ระบบส่งลำแสงแบบหลายลำแสง (Multi-beam delivery system) เราแสดงให้เห็นว่าสามารถเขียน Voxel ข้อมูลจำนวนมากในระยะใกล้เคียงกันได้พร้อมกัน ช่วยเพิ่มความเร็วในการเขียนอย่างมาก
• การเพิ่มประสิทธิภาพและการทดสอบอายุการใช้งาน: เราใช้วิธีใหม่ในการปรับปรุงการเข้ารหัสสัญลักษณ์โดยใช้การเรียนรู้ของเครื่อง และพัฒนาวิธีทำความเข้าใจความสมดุลระหว่างอัตราข้อผิดพลาด การป้องกัน และการกู้คืนข้อมูล นอกจากนี้ยังสร้างวิธีทางแสงแบบไม่ทำลายวัสดุเพื่อตรวจสอบการเสื่อมสภาพของ Voxel ภายในแก้ว เพื่อยืนยันว่าข้อมูลสามารถอยู่ได้นาน 10,000 ปี

การสาธิตเทคโนโลยี

โปรเจกต์ ซิลิกา ได้แสดงผลงานผ่านโครงการต้นแบบหลายโครงการ เช่น การเก็บภาพยนตร์เรื่อง "Superman" ของ วอร์เนอร์ บราเธอส์ (Warner Bros.) ลงบนแก้วควอตซ์, การร่วมมือกับ โกลบอล มิวสิก วอลต์ (Global Music Vault) เพื่อเก็บรักษาดนตรีไว้ใต้แผ่นน้ำแข็งเป็นเวลา 10,000 ปี และการทำงานร่วมกับนักศึกษาในโครงการ "Golden Record 2.0" เพื่อจัดเก็บภาพ เสียง และดนตรีที่รวบรวมจากผู้คนทั่วโลกเพื่อรักษาความหลากหลายของมนุษยชาติไว้เป็นเวลาหลายพันปี

ขณะนี้ระยะการวิจัยเสร็จสิ้นสมบูรณ์แล้ว และเรากำลังนำบทเรียนจาก โปรเจกต์ ซิลิกา ไปประยุกต์ใช้เพื่อสำรวจความต้องการในการเก็บรักษาข้อมูลดิจิทัลอย่างยั่งยืนในระยะยาวต่อไป เราได้เผยแพร่งานวิจัยนี้เพื่อให้ผู้อื่นสามารถนำไปพัฒนาต่อยอดได้