Descubren método para almacenar datos masivos usando luz en 3D

Científicos de la Universidad Normal de Fujian en China presentaron un innovador método de almacenamiento holográfico que utiliza propiedades de la luz para almacenar grandes volúmenes de datos en tres dimensiones. Esta técnica, que combina la amplitud, fase y polarización de la luz, permite codificar información en el interior de un material, a diferencia de los sistemas tradicionales que solo almacenan datos en superficies planas.

El nuevo enfoque, descrito en la revista Optica, utiliza un modelo de inteligencia artificial para reconstruir los datos a partir de patrones de luz, lo que simplifica el proceso de recuperación de información. Según el líder del equipo de investigación, Xiaodi Tan, esta técnica podría allanar el camino para sistemas de almacenamiento de datos más rápidos, densos y eficientes.

En comparación con los sistemas convencionales que escriben datos en discos duros o discos ópticos, el almacenamiento holográfico incrusta la información en el volumen de un material mediante luz láser, creando múltiples patrones de luz superpuestos en el mismo espacio. Esto no solo incrementa la capacidad de almacenamiento, sino que también permite una transferencia de datos más veloz.

Tan explicó que, en el almacenamiento holográfico convencional, la codificación de datos generalmente utiliza solo una dimensión de la luz, como la amplitud o la fase. Sin embargo, su equipo logró integrar la polarización como una dimensión independiente de información gracias a un modelo de red neuronal convolucional. Este avance permite almacenar más información en el mismo espacio.

Los investigadores también desarrollaron una estrategia de modulación 3D que ajusta la intensidad y fase de dos estados de polarización perpendiculares, utilizando una técnica de holograma de doble fase. Esto posibilita que un modulador de luz espacial de fase única codifique simultáneamente la amplitud, la fase y la polarización en el campo óptico.

El desafío de decodificar esta información combinada radica en que los sensores estándar solo miden la intensidad de la luz y no pueden detectar directamente la fase o polarización. Para superar esto, el equipo utilizó la teoría de holografía tensorial de polarización junto con una red neuronal convolucional para recuperar todos los tipos de datos a partir de imágenes de intensidad de difracción.

La red neuronal se entrenó con dos imágenes de difracción complementarias, una capturada con un polarizador vertical y otra sin. Al analizar estas imágenes, el modelo aprende a identificar patrones relacionados con la amplitud, fase y polarización, lo que le permite reconstruir los tres simultáneamente, mejorando la densidad de almacenamiento y la velocidad de transmisión de datos.

Los investigadores confirmaron el concepto y construyeron un sistema compacto capaz de grabar y reconstruir el campo óptico codificado dentro de un material sensible a la polarización. Durante las pruebas, se analizaron imágenes de intensidad para detectar firmas relacionadas con la amplitud, fase y polarización, que luego se utilizaron como entradas para la red neuronal, permitiendo una reconstrucción 3D completa utilizando solo mediciones basadas en intensidad.

Los resultados mostraron que la codificación conjunta multidimensional aumentó significativamente la información llevada por una única página de datos holográficos, mejorando así la capacidad de almacenamiento. Además, la decodificación sincrónica de la red neuronal redujo la necesidad de mediciones complejas y reconstrucción paso a paso, apoyando una lectura y decodificación más eficientes.

A pesar de estos avances, el sistema aún se encuentra en la etapa de investigación y requiere un desarrollo adicional antes de poder ser utilizado comercialmente. Los próximos pasos se centrarán en aumentar los niveles de gris utilizados en la codificación para expandir aún más la capacidad, así como mejorar la estabilidad a largo plazo y la uniformidad de los materiales de grabación. También planean integrar este método con técnicas de multiplexión holográfica volumétrica, lo que podría permitir almacenar múltiples páginas y canales de datos simultáneamente.