Dataopslag in atomen: sciencefiction of toekomstige realiteit?

Dit is blog 8 in de blogreeks over Green IT.

Atomen, de allerkleinste deeltjes op aarde, kunnen een revolutie betekenen in dataopslag. Stel je voor: duizend keer meer informatie opslaan dan op huidige harde schijven. De hoge datadichtheid van atomen maakt het mogelijk de volledige iTunes-bibliotheek op te slaan op een apparaat ter grootte van een creditcard. In deze blog bespreken we hoe dit werkt en benoemen we de voor- en nadelen van deze opslagmethode.

Magnetisme als basis en als uitdaging

Bij opslag in atomen wordt gebruikgemaakt van magnetisme. Elke magneet heeft twee polen (noord en zuid) die kunnen worden vertaald naar bits en bytes – enen en nullen. Normaal gesproken zijn magnetische velden alleen zichtbaar als het gehele cluster van atomen op dezelfde manier is uitgelijnd. Wanneer je dieper inzoomt op de atomen, zie je dat op zichzelf staande atomen ook functioneren als mini-magneten. In theorie kan één atoom dus een bit vertegenwoordigen.

Atomen mogen dan de bouwstenen van alles zijn, ze gedragen zich soms wispelturig. Zo draaien ze hun magnetische polen, waardoor het lastig is om er op een betrouwbare manier data in op te slaan. IBM-onderzoekers ontdekten echter een trucje. Ze gebruikten holmiumatomen en koelden ze af tot -233 graden Celsius. Op die lage temperatuur bleken de atomen sterk genoeg om stand te houden in een krachtig magnetisch veld. Hierdoor kwam een betrouwbare dataopslag in zicht. (1)

Nieuwe doorbraak in Nederland

Wetenschappers van de Radboud Universiteit deden ook onderzoek naar opslag in atomen. (2) In september 2018 ontdekten ze iets opmerkelijks: door kobaltatomen te plaatsen op een ondergrond van zwarte fosfor, slaagden ze erin met een zeer gevoelige microscoop de kobaltatomen te onderscheiden. Door de hoge resolutie en unieke eigenschappen van dit materiaal konden ze de kobaltatomen bij kamertemperatuur in twee stabiele toestanden houden (0 en 1). Dit was een grote doorbraak in het stabiliseren van atomen voor opslag.

Toekomstmuziek

Dataopslag in atomen is nog ver weg en het is maar de vraag of deze manier van informatie opslaan ooit commercieel beschikbaar zal komen. Door de gevoeligheid van atomen en het risico dat de polen toch draaien (met dataverlies als gevolg), is het de vraag of ze ooit buiten een laboratorium als opslagmedium zullen worden ingezet.

Daarnaast is er een belangrijk nadeel wanneer we kijken naar het ecologische aspect. Voor opslag in atomen worden kritieke grondstoffen gebruikt. IBM-onderzoekers gebruikten het zeldzame holmium, terwijl onderzoekers van de Radboud Universiteit zwarte fosfor en kobalt inzetten. Behalve dat deze grondstoffen niet hernieuwbaar zijn, roept de winning ervan ook vragen op vanwege mogelijke milieueffecten. Vanuit het oogpunt van milieuvriendelijke dataopslag scoort deze opslagmethode niet hoog. In de volgende blog kijken we naar opslag in glas die wel aan het ecologische duurzaamheidsaspect lijkt te voldoen.

Blogserie

Deze blogpost is onderdeel van een serie blogposts over Green IT geschreven in opdracht van de gelijknamige netwerkgroep van het Netwerk Digitaal Erfgoed (NDE). Deze netwerkgroep monitort de ontwikkelingen rondom Green IT en de impact van de voortschrijdende digitalisering op het klimaat. Specifiek wordt daarbij gekeken naar de (toenemende) digitalisering binnen de erfgoedsector.

Eerder verschenen in deze blogserie

Thema: Introductie Green IT

1 De dubbele rol van IT in duurzaamheid

2. De noodzaak van een duurzaamheidskader voor de erfgoedsector

Thema: Dataopslag

3. De digitale databerg

4. De verborgen impact van cloudopslag

5 1% van alle data ter wereld bewaren – wat kost dat aan CO2-uitstoot?

6 De zoektocht naar duurzame alternatieven voor disks en tapes

7 Dataopslag in synthetisch DNA: coderen en decoderen in geheimschrift

Gebruikte bronnen:

(1) Seeker, 'Here's How We Could Store Data on a Single Atom', Video on YouTube. Bekeken op 28 oktober 2023.

(2) Radboud Universiteit, 'Wetenschappers ontdekken nieuwe manier voor informatieopslag in één atoom', gepubliceerd op Emerce.nl op 25 september 2018.