Los investigadores han desarrollado un nuevo sistema de almacenamiento de datos holográficos que combina tres propiedades clave de la luz (amplitud, fase y polarización) para registrar y recuperar información en tres dimensiones. Al utilizar los tres juntos, el método permite almacenar muchos más datos en el mismo espacio, lo que proporciona una solución potencial a la creciente demanda global de almacenamiento de datos.
Los sistemas de almacenamiento tradicionales escriben datos en superficies planas, como discos duros o discos ópticos. Por el contrario, el almacenamiento de datos holográficos utiliza luz láser para incrustar información en todo el volumen de un material. Crea múltiples patrones de luz superpuestos dentro del mismo espacio, lo que aumenta significativamente la capacidad de almacenamiento y permite una transferencia de datos más rápida.
“En el almacenamiento de datos holográficos convencionales, la codificación de datos generalmente utiliza una dimensión de luz como amplitud o fase sola o, como mucho, una combinación de estas dos dimensiones”, dijo Xiaodi Tan, líder del equipo de investigación de la Universidad Normal de Fujian en China. “Basándonos en el principio de la holografía de polarización, utilizamos una arquitectura de aprendizaje profundo conocida como modelo de red neuronal convolucional para permitir el uso de la polarización como una dimensión de información independiente”.
Investigación, publicada ópticoLa revista de investigación de alto impacto de Optica Publishing Group muestra que esta nueva técnica puede aumentar la cantidad de información que se almacena y facilitar su recuperación.
“Con un mayor desarrollo y comercialización, este tipo de almacenamiento de datos holográficos multidimensionales puede permitir centros de datos más pequeños y un almacenamiento de archivos a gran escala más eficiente, así como aumentar la eficiencia del procesamiento y la transmisión de datos”, dijo Tan. “También podría contribuir a la transmisión segura de datos, el cifrado óptico y la mejora de las imágenes”.
Uso de la polarización para ampliar la codificación de datos
En el almacenamiento holográfico, la información se almacena como páginas de datos similares a imágenes creadas por patrones de luz láser. La codificación convierte los datos digitales de estas páginas, mientras que la decodificación los traduce en información utilizable.
Aunque la luz tiene múltiples propiedades que pueden usarse para transportar más datos, combinarlas de manera efectiva ha sido difícil en la práctica. Para superar esto, los investigadores perfeccionaron un método llamado holografía de polarización basada en tensores, que preserva el estado de polarización de la luz durante la reconstrucción. Esto hace que la polarización sea un canal confiable para almacenar información adicional.
A partir de este trabajo, el equipo desarrolló una técnica de codificación de modulación 3D. Al ajustar la intensidad y la fase de dos estados de polarización perpendicular y aplicar una técnica de holograma de doble fase, permitieron que un modulador de luz espacial de una sola fase codificara simultáneamente la amplitud, la fase y la polarización en el campo óptico.
Decodificación AI de datos de luz multidimensionales
Decodificar esta información combinada es un desafío porque los sensores estándar solo miden la intensidad de la luz (amplitud) y no pueden detectar directamente la fase o la polarización. Para abordar esto, los investigadores utilizaron la teoría de la holografía de polarización tensor con una red neuronal convolucional para recuperar tres tipos de datos a partir de imágenes de intensidad de dispersión.
La red neuronal se entrena utilizando dos imágenes de difracción complementarias, una capturada con un polarizador vertical y otra sin él. Al analizar estas imágenes, el modelo aprende a identificar patrones asociados con la amplitud, la fase y la polarización. Esto le permite realizar tres reconstrucciones simultáneas, mejorando la densidad de almacenamiento y acelerando la transmisión de datos.
Hacia un almacenamiento de datos rápido y de alta capacidad
Tras confirmar el concepto, los investigadores desarrollaron un sistema compacto capaz de registrar y reconstruir el campo óptico codificado en un material sensible a la polarización. Durante el experimento, se analizaron las imágenes de intensidad para identificar firmas relacionadas con la amplitud, la fase y la polarización. Luego, estos se utilizaron como entrada para la red neuronal, lo que permitió una reconstrucción 3D completa utilizando únicamente mediciones basadas en la intensidad.
“En general, nuestros resultados mostraron que la codificación colectiva multidimensional aumentó significativamente la información transportada por una única página de datos holográficos, mejorando así la capacidad de almacenamiento”, dijo Tan. “Además, la decodificación síncrona de redes neuronales reduce la necesidad de mediciones complejas y reconstrucción paso a paso, lo que permite una lectura y decodificación más eficiente. Esto puede permitir una ruta práctica hacia el almacenamiento de datos holográficos de alta capacidad y alto rendimiento”.
El siguiente paso para aplicaciones del mundo real
Los investigadores subrayan que el sistema aún se encuentra en fase de investigación y necesita más desarrollo antes de que pueda utilizarse comercialmente. El trabajo futuro se centrará en aumentar los niveles de gris utilizados en la codificación para ampliar aún más la capacidad, así como en mejorar la estabilidad, uniformidad y repetibilidad a largo plazo de los materiales de grabación.
Planean integrar este enfoque con técnicas de multiplexación holográfica volumétrica, que podrían permitir almacenar múltiples páginas y canales de datos a la vez. Fortalecer la integración entre el hardware óptico y los algoritmos de decodificación será esencial para lograr una recuperación de datos más rápida y confiable en condiciones del mundo real.
