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2026-03-29 05:08:00
研究者らは、光の 3 つの重要な特性 (振幅、位相、偏光) を組み合わせることにより、3 次元で情報を記録および検索する新しいホログラフィック データ ストレージ方法を開発しました。この 3 つをすべて組み合わせて使用することで、このアプローチにより、同じスペース内にさらに多くのデータを保存できるようになり、データ ストレージに対する世界的な需要の高まりに対する潜在的なソリューションが提供されます。
従来のストレージ システムは、ハード ドライブや光ディスクなどの平らな面にデータを書き込みます。対照的に、ホログラフィック データ ストレージでは、レーザー光を使用してマテリアルのボリューム全体に情報が埋め込まれます。これにより、同じ空間内に複数の重なり合う光のパターンが作成され、ストレージ容量が大幅に増加し、より高速なデータ転送が可能になります。
中国の福建師範大学の研究チームリーダー、シャオディ・タン氏は、「従来のホログラフィックデータストレージでは、データエンコーディングは通常、振幅や位相などの1つの光次元を単独で使用するか、多くてもこれらの次元のうち2つを組み合わせて使用する」と述べた。 「偏光ホログラフィーの原理に基づいて、畳み込みニューラル ネットワーク モデルとして知られる深層学習アーキテクチャを使用して、偏光を独立した情報次元として使用できるようにしました。」
この研究は、 光学式、Optica Publishing Group の影響力の高い研究ジャーナルでは、この新しい技術により、保存される情報量が増加すると同時に、検索が容易になることが示されています。
「さらなる開発と商業化により、このタイプの多次元ホログラフィック データ ストレージは、より小規模なデータ センターとより効率的な大規模アーカイブ ストレージを可能にすると同時に、データ処理と伝送効率も向上させる可能性があります。」とタン氏は述べています。 「また、より安全なデータ伝送、光学的暗号化、高度な画像処理にも貢献する可能性があります。」
偏光を使用してデータエンコーディングを拡張する
ホログラフィック ストレージでは、情報はレーザー光のパターンによって作成された画像のようなデータ ページとして保存されます。エンコードはデジタル データをこれらのページに変換し、デコードはそれらを使用可能な情報に変換します。
光には、より多くのデータを運ぶために使用できる複数の特性がありますが、それらを効果的に組み合わせるのは実際には困難でした。これを克服するために、研究者らは、再構築中に光の偏光状態を保存する、テンソルベースの偏光ホログラフィーと呼ばれる方法を改良しました。これにより、偏波は追加情報を保存するための信頼できるチャネルになります。
この研究に基づいて、チームは 3D 変調エンコーディング戦略を作成しました。 2 つの直交する偏光状態の強度と位相を調整し、二相ホログラム技術を適用することにより、単一位相専用空間光変調器が光場で振幅、位相、偏光を一緒にエンコードできるようになりました。
多次元光データのAIデコード
標準的なセンサーは光の強度 (振幅) のみを測定し、位相や偏光を直接検出できないため、この組み合わせた情報を解読するのは困難です。これに対処するために、研究者らはテンソル偏光ホログラフィー理論と畳み込みニューラル ネットワークを使用して、回折強度画像から 3 種類のデータすべてを復元しました。
ニューラル ネットワークは、2 つの相補的な回折画像 (垂直偏光子を使用して取得された画像と垂直偏光子を使用しない画像) を使用してトレーニングされます。これらの画像を分析することで、モデルは振幅、位相、偏光に関連するパターンを識別することを学習します。これにより、3 つすべてを同時に再構築できるようになり、ストレージ密度が向上し、データ転送速度が向上します。
データストレージの高速化・大容量化を目指して
「全体として、私たちの結果は、多次元結合エンコードによって単一のホログラフィック データ ページによって伝送される情報が大幅に増加し、それによって記憶容量が向上することを示しました」とタン氏は述べています。 「さらに、ニューラル ネットワークの同期デコーディングにより、複雑な測定と段階的な再構成の必要性が軽減され、より効率的な読み出しとデコーディングがサポートされます。これにより、大容量、高スループットのホログラフィック データ ストレージへの実用的なルートが可能になる可能性があります。」
現実世界のアプリケーションの次のステップ
研究者らは、このシステムはまだ研究段階にあり、商業的に使用するにはさらなる開発が必要であると強調している。今後の作業は、エンコードに使用されるグレーレベルを高めて容量をさらに拡大すること、および記録材料の長期安定性、均一性、再現性を改善することに焦点を当てる予定です。
彼らはまた、この方法を体積ホログラフィック多重化技術と統合することも計画しており、これにより複数のページとチャネルのデータを一度に保存できる可能性があります。現実世界の状況下でより高速で信頼性の高いデータ取得を実現するには、光学ハードウェアと復号アルゴリズムの統合を強化することが不可欠です。
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