Işık Artık Bir Bellek: Çok Boyutlu Hologramlarla Sınırsız Veri Depolama
Çığır açan bir holografik sistem, yapay zeka ve çok boyutlu ışık kullanarak çok daha az alanda çok daha fazla veri depoluyor.
Araştırmacılar, ışığın üç temel özelliğini (genlik, faz ve polarizasyon) birleştirerek üç boyutlu olarak bilgi yakalayan ve geri alan yeni bir holografik veri depolama yöntemi geliştirdiler. Bu özellikleri birlikte kullanarak, teknik aynı fiziksel alanda önemli ölçüde daha fazla veri depolanmasına olanak tanıyor ve dünyanın hızla artan veri depolama talebine potansiyel bir çözüm sunuyor.
Verileri sabit diskler veya optik diskler gibi düz yüzeylere yazan geleneksel depolama teknolojilerinin aksine, holografik depolama, lazer ışığı kullanarak bilgiyi bir malzemenin tüm hacmine yerleştiriyor. Bu hacimsel yaklaşım, aynı alanda birçok örtüşen ışık deseninin var olmasına olanak tanıyarak depolama yoğunluğunu büyük ölçüde artırırken veri aktarım hızlarını da iyileştiriyor.
Çin’deki Fujian Normal Üniversitesi’nden araştırma ekibi lideri Xiaodi Tan, “Geleneksel holografik veri depolamada, veri kodlaması tipik olarak yalnızca genlik veya faz gibi tek bir ışık boyutunu kullanır veya en fazla bu boyutlardan ikisini birleştirir” dedi. “Polarizasyon holografisi prensibine dayanarak, polarizasyonu bağımsız bir bilgi boyutu olarak kullanmayı mümkün kılmak için evrimsel sinir ağı modeli olarak bilinen derin öğrenme mimarisini kullandık.”
Bugün (26 Mart) Optica Yayın Grubu’nun yüksek etkili araştırmalar için yayınladığı Optica dergisinde yayınlanan bulgular, bu yeni tekniğin depolanan bilgi miktarını artırırken aynı zamanda verilerin geri okunmasını kolaylaştırabileceğini gösteriyor.
Tan, “Daha fazla geliştirme ve ticarileştirme ile, bu tür çok boyutlu holografik veri depolama, daha küçük veri merkezlerini ve daha verimli büyük ölçekli arşiv depolamasını mümkün kılarken, veri işleme ve iletim verimliliğini de artırabilir” dedi. “Ayrıca daha güvenli veri iletimine, optik şifrelemeye ve gelişmiş görüntülemeye de katkıda bulunabilir.”
Polarizasyonu Veri Kanalı Olarak Kullanma
Holografik depolamada, bilgiler lazer ışık desenleriyle oluşturulan sayfa benzeri görüntüler olarak kaydedilir. Kodlama, dijital verileri bu optik sayfalara dönüştürürken, kod çözme ise depolanan desenleri tekrar kullanılabilir bilgilere dönüştürür.
Işık, daha fazla veriyi kodlamak için kullanılabilecek birden fazla özellik sunsa da, bunları etkili bir şekilde birleştirmek büyük bir teknik zorluk olmuştur. Bunu aşmak için araştırmacılar, hologram yeniden oluşturulduğunda ışığın polarizasyon durumunu koruyan tensör tabanlı polarizasyon holografisi adı verilen bir yöntemi geliştirdiler. Bu, polarizasyonu ek bilgileri taşımak için istikrarlı ve güvenilir bir yol haline getirir.
Bu temele dayanarak, ekip 3 boyutlu modülasyon kodlama stratejisi geliştirdi. İki dik polarizasyon durumunun yoğunluğunu ve fazını dikkatlice kontrol ederek ve çift fazlı hologram tekniğini uygulayarak, tek bir faz-sadece uzamsal ışık modülatörünün optik alan içinde genliği, fazı ve polarizasyonu aynı anda kodlamasını sağladılar.
Resimde (a) holografik veri depolama sisteminin şematik diyagramı, (b) karmaşık genliğin çift fazlı ayrışımı için karmaşık düzlemi gösteren şematik diyagram ve (c) iki faz değeri m ve n için bir dama tahtası deseni örneği gösterilmektedir. Ayrıca (d) görüntü düzlemindeki yoğunluk dağılımının bir örneği ve (e) görüntü düzlemindeki faz dağılımının bir örneği de gösterilmektedir. (f)’de birinci (I) ve ikinci (II) kayıtlar, (g)’de ise okuma gösterilmektedir. Kaynak: Xiaodi Tan, Fujian Normal Üniversitesi, Çin
Yapay Zeka Destekli 3B Işık Verilerinin Çözümlenmesi
Bu çok boyutlu verilerin elde edilmesi zorlu bir iştir çünkü standart sensörler yalnızca ışık yoğunluğunu (genlik) algılayabilir ve fazı veya polarizasyonu doğrudan ölçemez. Bu sınırlamayı gidermek için araştırmacılar, yoğunluk tabanlı ölçümlerden üç boyutlu bilgiyi yeniden yapılandırabilen bir evrimsel sinir ağı ile tensör-polarizasyon holografisini birleştirdiler.
Sinir ağı, iki tür kırınım görüntüsü kullanılarak eğitilir: biri dikey polarizör aracılığıyla yakalanan, diğeri ise polarizörsüz alınan. Bu tamamlayıcı görüntüleri analiz ederek, sistem genlik, faz ve polarizasyonla ilgili kalıpları tanımlamayı öğrenir ve böylece üçünü de aynı anda çözebilir. Bu yaklaşım, depolama kapasitesini artırırken veri iletim hızını da iyileştirir.
Yeni holografik veri depolama yaklaşımını geliştiren araştırma ekibi. Fotoğraf: Xiaodi Tan, Fujian Normal Üniversitesi, Çin
Yüksek Kapasiteli, Yüksek Hızlı Depolamaya Doğru
Konsepti doğruladıktan sonra, araştırmacılar polarizasyona duyarlı bir malzeme içinde kodlanmış optik alanları kaydetmek ve yeniden yapılandırmak için kompakt bir deneysel kurulum oluşturdular. Test sırasında, genlik, faz ve polarizasyonla bağlantılı imzaları çıkarmak için yoğunluk görüntüleri incelendi. Bu özellikler daha sonra sinir ağına beslenerek, yalnızca yoğunluk ölçümlerini kullanarak tam 3 boyutlu veri yeniden yapılandırması sağlandı.
Tan, “Genel olarak, sonuçlarımız çok boyutlu ortak kodlamanın tek bir holografik veri sayfası tarafından taşınan bilgiyi önemli ölçüde artırdığını ve böylece depolama kapasitesini iyileştirdiğini gösterdi” dedi. “Ayrıca, sinir ağı senkronize kod çözme, karmaşık ölçümler ve adım adım yeniden yapılandırma ihtiyacını azaltarak daha verimli okuma ve kod çözmeyi destekledi. Bu, yüksek kapasiteli, yüksek verimli holografik veri depolamaya yönelik pratik bir yol sağlayabilir.”
Gerçek Dünya Uygulamalarına Doğru Sonraki Adımlar
Araştırmacılar, teknolojinin hala deneysel aşamada olduğunu ve yaygın olarak kullanılabilmesi için daha fazla iyileştirme gerektirdiğini vurguluyor. Gelecekteki çalışmalar, kapasiteyi daha da genişletmek için kodlama işlemindeki gri tonlama seviyelerinin sayısını artırmaya ve depolama malzemelerinin dayanıklılığını, tutarlılığını ve güvenilirliğini iyileştirmeye odaklanacaktır.
Ayrıca, bu yaklaşımı, birden fazla sayfa ve kanal verinin aynı anda depolanmasına olanak sağlayabilecek hacimsel holografik çoklama teknikleriyle entegre etmeyi planlıyorlar. Optik donanım ve yapay zeka tabanlı kod çözme sistemleri arasındaki entegrasyonun güçlendirilmesi, gerçek dünya koşullarında daha hızlı ve daha güvenilir veri erişimi elde etmenin anahtarı olacaktır.
Kaynak: https://scitechdaily.com
Bilim İnsanları İlk Kez Holografik Bir Solucan Deliği Yarattılar ve İçinden Bir Mesaj Gönderdiler