Agua hirviendo, inundaciones y 10.000 años de espera: Microsoft crea un sistema de almacenamiento eterno de datos en vidrio

Imagine un archivo que se pueda sumergir en agua, calentar casi hasta el punto de ebullición y dejar en una estantería durante miles de años, y que los datos no desaparezcan. Parece ciencia ficción, pero es precisamente ese tipo de sistema de almacenamiento el que mostró Microsoft Research en el proyecto Project Silica.

La idea es simple y a la vez ambiciosa. Para el almacenamiento a largo plazo hacen falta soportes que no requieran energía mientras no se acceda a ellos y que no se deterioren con el paso del tiempo. Ya se ha probado usar el ADN como soporte, pero el vidrio ha resultado mucho más práctico. Muchas de sus variedades son químicamente y físicamente estables, y la información puede literalmente "grabarse" en ellos con un láser.

En un trabajo, publicado en la revista Nature, el equipo describió un sistema completo de escritura y lectura de datos en pequeñas placas de vidrio. La densidad de almacenamiento supera un gigabit por milímetro cúbico.

Soporte de información de silicio que contiene datos cartográficos de Microsoft Flight Simulator (Nature.com)

La tecnología se basa en pulsos ultracortos de un láser de femtosegundos. Cada pulso dura apenas 10^-15 segundos, pero se pueden emitir millones de esos pulsos por segundo. Esto permite modificar rápida y con gran precisión la estructura del vidrio a nivel microscópico y aumentar la densidad de grabación.

La información se escribe en forma de elementos microscópicos que los desarrolladores denominan vóxeles. Microsoft probó dos enfoques. En el primer caso el láser crea una pequeña cavidad ovalada y luego un segundo pulso polarizado cambia las propiedades ópticas del material. Según la orientación de esa estructura, un vóxel puede almacenar más de un bit. En la segunda variante se modifica la energía del pulso y con ello el índice de refracción en el punto de registro. Allí también es posible codificar varios estados y guardar varios bits en un solo elemento.

Para la lectura se utiliza un microscopio de contraste de fase, que detecta las diferencias en el índice de refracción. El vidrio se graba por capas, dejando un espacio entre ellas para que el microscopio pueda enfocar una capa a la vez. Un sistema automático desplaza el objetivo y va leyendo imágenes de distintas profundidades de forma sucesiva.

A continuación interviene una red neuronal convolucional. Analiza las imágenes tanto en foco como fuera de foco para reconocer con mayor precisión el estado de cada vóxel. Los elementos vecinos se afectan entre sí, y el algoritmo tiene en cuenta esas sutiles distorsiones.

Antes de grabar, el flujo de datos original se completa con códigos de corrección de errores con baja densidad de comprobaciones de paridad. Esos mismos códigos se usan en redes de quinta generación. Luego los bits se agrupan en símbolos que aprovechan la posibilidad de almacenar varios estados en un vóxel, y solo después se envían al vidrio.

Hoy por hoy el principal cuello de botella sigue siendo la velocidad de escritura. Microsoft desarrolló un equipo con cuatro láseres que trabajan simultáneamente sobre una misma placa sin sobrecalentarla. La velocidad alcanza 66 megabits por segundo. Teóricamente se podrían añadir hasta una decena más de láseres.

Una placa de 12 por 12 centímetros y 2 milímetros de espesor puede contener hasta 4,84 terabytes de datos. La grabación completa de ese volumen lleva más de 150 horas. La variante con efecto de doble birrefringencia ofrece mayor densidad, pero exige vidrio de alta calidad y una óptica compleja. El método más sencillo permite almacenar algo más de dos terabytes, aunque es compatible con cualquier material transparente.

Como soporte se emplea vidrio de borosilicato. Pruebas aceleradas de envejecimiento indicaron que a temperatura ambiente los datos pueden conservarse más de 10 000 años. Microsoft afirmó que Silica podría convertirse en una solución para el almacenamiento archivístico en la era digital.

De momento esto suena algo optimista. Por ejemplo, el radiotelescopio Square Kilometer Array generará unos 700 petabytes de datos al año. Para conservar ese volumen en placas de vidrio harían falta cientos de miles de soportes y cientos de equipos operando en paralelo.

Aun así, Silica tiene puntos fuertes. Al vidrio no le hace falta energía para mantener la información, y el acceso a los datos es considerablemente más rápido que en sistemas basados en ADN. Y el propio soporte, una placa transparente con los datos "grabados" en su interior, realmente parece un objeto sacado de una película de ciencia ficción.