世界最小のハードディスクは原子配列でデータを記憶する

なるほど。そりゃあ世界最小なわけだ。なんたって原子の並べ方でデータを記憶するというのだから。これはオランダのデルフト工科大学が発表したハードディスクの技術だ。同大学のホームページで紹介されている。

情報をできるだけ小さく記録する

当サイト『FUTURUS』の記事でもよくテーマになっているが、現代社会においてデータをどうやって保存するかは重要な課題だ。世界では1日に10億GBを超えるデータが新たに作られているという。その膨大な量のデータを保存するに際しては、1ビットが占めるスペースを小さくできるに越したことはない。

そして、デルフト工科大学の研究チームが、それを極限まで突き詰めることに成功した。ひとつひとつのビットが塩素原子の位置によって示される方式を採用した1KB（8000ビット）の容量を持つ記憶媒体を製作したのだ。

「理論的には、この記憶装置の密度なら、人類がこれまでに執筆したすべての本の情報を、切手1枚のサイズに収めることができます」と、研究チームのSander Otte氏はいう。彼らのハードディスクは、1平方インチあたり500TBの情報を記録できる。これは現在市販されているハードディスクの約500倍の密度だ。

物理学者のリチャード・ファインマンは、1959年に『There’s Plenty of Room at the Bottom』という講演において、個々の原子を正確に意図したパターンに配置することができれば、ひとつの原子にひとつの情報を持たせることが可能になるだろうという推測を述べていたという。

そしていま、Otte氏と彼の研究チームは、ファインマンの講演のひとつのセクションを、約100ナノメートル四方のサイズにコード化してみせた。下がそれをスキャンしたもので、実際のサイズは96nm×125nmだという。

スライディングパズルの原理

研究チームは、この技術の実現にあたって、走査トンネル顕微鏡（STM）という装置を使った。これは非常に鋭利な針を使って表面上の原子をひとつひとつ検査するものだが、ただ原子を見るだけでなく、原子を“押す”ことも可能だという。「スライディング・パズルのようにね」とOtte氏はいう。

[youtube https://www.youtube.com/watch?v=ZcU-sZJkh_U]

「ひとつひとつのビットは銅原子の平面上にある2つの枠と、そのどちらの枠にも動かすことができるひとつの塩素原子で構成されます。塩素原子が上の枠にある場合、下の枠は穴があいた状態になる。これをわれわれは“1”としています。逆に、上の枠が穴のあいた状態で、塩素原子が下の枠にある場合は“0”です。

塩素原子は、穴の近くにある場合をのぞいてはほかの塩素原子に囲まれた形になっているため、その場所にとどまります。それが、この“穴”を用いる方法が、自由な原子を用いるほかの方法よりも安定していて、記憶装置として望ましい理由です」

研究チームは、この記憶媒体を、8バイト（64ビット）で1ブロックとした。それぞれのブロックは穴を使った標識を持っている。その標識がミニチュアのQRコードのようにそのブロックの位置を示す。また、もしブロックがダメージを受けたら、そのことも示すことができるようになっている。

この手法は、安定性や拡張性の面でも有望だという。もっとも、まだすぐにデータセンターに採用できる手法ではない。Otte氏はこう語る。

「現時点では非常にクリーンな真空のコンディションで、しかも液体窒素の温度でないと使えません。したがって、原子を使ったデータの記憶はまだ実用からは遠いものです。しかし、この研究によって、大きな一歩を踏み出すことはできたと思っています」

われわれが過去を知ることができるのは、書物などによって歴史が書き残されてきたからだ。情報の保存は現代そして未来にとっても重要なテーマだといえる。信頼性、耐久性が高く、そして容量の大きい記憶装置の開発は、今後も進んでいくだろう。

【参考・画像】

※ TU Delft

【動画】

※ Atomic scale data storage　-YouTube

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