全息存儲器

美國康涅狄格州大學的研究人員發現，通過使用激光在微生物蛋白上刻蝕數據，可製造一種可擦除的全息存儲器。第一個全息存儲系統最近已經投放市場，不過它還不像光盤那樣可以實時擦寫。

美國康涅狄格大學的研究人員將他們的全息存儲系統構建在重新處理過的蛋白質上，這些蛋白質由鹽沼中常見的像細菌一樣的有機體構成。用藍光照射就可以擦除蛋白質上存儲的所有數據。該項目是由美國康涅狄格大學材料科學院納米仿生研究中心的帶頭人傑弗裏（Jeffrey Stuart）領導的。

該技術利用了嗜鹽桿菌進化上的適應方法，當氧的濃度變得很低時，可以製成光敏膜蛋白質。

這種蛋白質就是人們所熟知的視紫紅質菌（噬菌調理素），這是一種類似於視紫紅質的紫色顏料，出現於鹽桿菌屬的細菌膜，它把陽光直接轉變成化學能。當蛋白質吸收光線以後，經過一系列的化學狀態，釋放出一個質子，最終自身結構重新排列。

當蛋白質處於週期中的某些狀態時，可以吸收光線形成全息圖。在天然環境中，這些狀態只能短暫地維持：整個週期只需要10——20毫秒。但是之前的研究顯示，在其化學週期快結束時，用紅色光照射蛋白質能迫使它變成一種可用的狀態——這就是“Q 態”，能夠持續數年。

問題是很難在自然生成的蛋白質上產生Q態。化學系的分子生物學家羅伯特領導的團隊採用基因方式處理嗜鹽桿菌，使之能產生一種蛋白質，這種蛋白質進入Q態較為容易。

做為全息系統的一部分，這種蛋白質懸浮在一種高分子凝膠中。綠色激光束分成兩部分，其中一束對數據進行編碼。激光束調製凝膠，用干涉圖樣印記在蛋白質上來存儲數據。讀取數據時，系統發出一個單一的、低功率的紅色激光束回溯干涉圖樣。藍色激光用來擦除數據。

美國國防部高級計劃署資助的Starzent公司的CEO蒂姆哈維（Tim Harvey）説：“基於蛋白質的全息媒體存儲技術有潛力將數據存儲成本大大降低，可以重複擦寫1000萬次以上。”鑑於蛋白質異乎尋常的活力，如果研究人員找到一種適當的遺傳性變型，目前的生物技術能夠很快大批量生產，並且成本較低。

全息存儲設備大體上來説，要提高兩方面的能力，一個就是存儲量，還有一個就是數據的存取速度。比如，當前的技術傳輸30GB大小的高清電影文件到硬盤上大約需要30至45分鐘。

而全息存儲設備可能將這一時間降低至10秒。

Longmont全息技術公司營銷副總裁莉斯證實，全息存儲設備每平方英尺可存儲高達500GB的數據，一些產品即將完成。它至少具備一個優點就是可重複擦寫，這在現有的媒體存儲設備中並不常見。不過美中不足的是寫入需要紅色光，而擦除則是藍光。

從CD，藍光/HD-DVD技術的發展來看——“存儲密度增加是伴隨着波長的減小”。因此採用紅色波作為寫入光的全息存儲存在侷限性。這一點降低了它在高密度數據存儲應用上的吸引力。

隨着技術的進步，人們對信息的需求越來越多，對大量信息的存儲要求越來越高，“下一代DVD”的標準之爭越演越烈。全息存儲技術將會讓幾十GB容量的“下一代DVD光盤”相形見絀，將全息技術運用在存儲上面，能在一個方糖塊的體積大小上保存1000GB（ITB）的信息容量，這些一切離我們已經很近，全息存儲時代的大幕將在2006年拉開：

什麼是全息攝影技術（holography）：全息即“全部信息”的意思。它與一般的攝影機攝影不同。它是用一條激光束將一個物體照亮，使其反射到那個底板上去，再用另人睛條光束，經過平面鏡，也反射到那個底板上去，兩者在底板上形成一幅“干涉圖樣”。底板再受到第二條波長相同的激光束照射時，就會顯現出清晰的圖象。

容量更高、速度更快、可靠性更強，永遠是用户對硬盤孜孜以求的目標。在美國《福布斯》雜誌近期評選出的本年度科技流行趨勢中，全息存儲技術赫然位列其中。

全息存儲器嶄露頭角

目前現有得DVD單片容量為8.5GB，而下一代DVD存儲容量能夠達到50GB，被《福布斯》雜誌評為未來10大“最酷”技術之一的全息存儲技術理論上可以達到1000GB以上的數據，目前的全息存儲產品已經達到了300GB的容量，是所謂的下一代DVD存儲容量的6倍。全息存儲技術的研發已經持續了40多年，一直沒有真正的實現，最近日本、美國的幾家公司相繼宣佈，將在2006年推出可以商業化銷售的全息存儲產品。其中，美國的印菲斯技術公司，以傳統的“雙光束干涉法”為基礎研製出全息存儲器，其信號光束和參照光束分別來自不同的方向，照射在同一位置上。日本日立萬勝公司宣佈，採用這種技術研製出了容量為300GB的全息存儲器，將推向市場。另外日本Optoware公司採用同線全息技術，其信號光束和參照光束來自相同的方向，他們研發出了容量為200GB的全息存儲器，將投放市場。

全息存儲是受全息照相的啓發而研製的，當你明白全息照相的技術原理，對於全息存儲就可以更好地理解。我們在拍攝全息照片時，對應的拍攝設備並不是普通照相機，而是一台激光器。該激光器產生的激光束被分光鏡一分為二，其中一束被命名為“物光束”，直接照射到被拍攝的物體，另一束則被稱為“參考光束”，直接照射到感光膠片上。當物光束照射到所攝物體之後，形成的反射光束同樣會照射到膠片上，此時物體的完整信息就能被膠片記錄下來，全息照相的攝製過程就這樣完成了。乍看過去，全息照片上只有一些亂七八糟的條紋，但當我們使用一束激光去照射這張照片時，真實的原始立體圖像就會栩栩如生地展現出來。

全息存儲技術同樣需要激光束的幫忙，研發人員要為它配備一套高效率的全息照相系統。首先利用一束激光照射晶體內部不透明的小方格，記錄成為原始圖案後，再使用一束激光聚焦形成信號源，另外還需要一束參考激光作為校準。當信號源光束和參考光束在晶體中相遇後，晶體中就會展現出多折射角度的圖案，這樣在晶體中就形成了光柵。一個光柵可以儲存一批數據，稱為一頁。我們把使用全息存儲技術製成的存儲器稱為全息存儲器，全息存儲器在存儲和讀取數據時都是以頁為單位。

前不久，致力於研發全息存儲技術的InPhase公司向公眾展示了他們開發的全息存儲驅動器以及全息存儲碟片。根據InPhase公司介紹，這次推出的全息碟片存儲密度達到了每平方英寸200GB，預計可以大規模投入量產。到2009年，他們的目標是達到1.6T！

噬菌調理素：這種蛋白質存在於一種適鹽菌屬海洋微生物的微組織薄膜中。這種菌在含鹽的潮濕環境裏可以承受150℃高温。所以用它作為存儲媒體，是因為對它進行光照射循環時，它會按一定順序發生結構變化。利用結構變化過程中的不同狀態，可以分別表示“0”或“1”。現已製成這種存儲系統原型，它在透明容器裏，填以聚丙烯酰胺凝膠，並把蛋白質放進去構成存放數據的三維陣列。