（2）多維光學(xué)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

多維光存儲(chǔ)的復(fù)用維度、存儲(chǔ)光盤及讀取原理如圖3所示。相較DVD藍(lán)光等二維（2D）光學(xué)存儲(chǔ)方式，三維（3D）光學(xué)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)充分利用各向同性材料的體積，可以在材料內(nèi)部的任何位置存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。同時(shí)，為了進(jìn)一步超越存儲(chǔ)容量的限制，研究人員在傳統(tǒng)空間三維之外探索其他維度，這些維度包括了光的振幅、頻率（波長(zhǎng)）、相位、偏振以及光波前的其它物理參量等，它們都可以攜帶和記錄信息，涉及了基于雙折射、等離子體共振和熒光等光學(xué)特性的方法。如圖3(a)所示，目前，已經(jīng)開發(fā)出的復(fù)用維度包括介質(zhì)的三維空間、偏振、波長(zhǎng)以及光強(qiáng)。其中包括基于金納米棒的波長(zhǎng)、偏振、三維空間復(fù)用的五維度光存儲(chǔ)，以及基于納米光柵結(jié)構(gòu)的偏振、光強(qiáng)、三維空間復(fù)用的五維度光存儲(chǔ)。但受限于材料對(duì)光各個(gè)參數(shù)的響應(yīng)不同，六維度光存儲(chǔ)技術(shù)一直未得以實(shí)現(xiàn)，另外光的軌道角動(dòng)量特性雖然已被用在量子存儲(chǔ)上，但在數(shù)據(jù)長(zhǎng)效存儲(chǔ)上并未得以實(shí)現(xiàn)^[4]。

例如，韓國(guó)和法國(guó)的科研團(tuán)隊(duì)合作發(fā)明了一種在玻璃里用激光“寫”數(shù)據(jù)的技術(shù)。這種技術(shù)可以在玻璃的不同層上存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，就像是在書架的每一層上都放書一樣。浙江大學(xué)和之江實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合團(tuán)隊(duì)利用超快激光誘導(dǎo)非晶化相變的局部光學(xué)相位調(diào)制，在材料表面制造出微小的結(jié)構(gòu)，通過控制這些結(jié)構(gòu)的形狀和顏色，就能存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。通過圖像識(shí)別進(jìn)行高速數(shù)據(jù)提取，達(dá)到了大約1.2 Gb/s，并且準(zhǔn)確度高達(dá)約99.7%，無需依賴昂貴且復(fù)雜的光學(xué)分析系統(tǒng)和信號(hào)處理過程，有效緩解了多維光存儲(chǔ)技術(shù)數(shù)據(jù)讀取速度慢的問題^[5]。在實(shí)際應(yīng)用中，多維光學(xué)存儲(chǔ)技術(shù)可以應(yīng)用于海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、結(jié)構(gòu)色打印、多功能衍射光學(xué)元件、矢量全息、多維信息加密等場(chǎng)景，具有廣泛的應(yīng)用前景。

圖3 (a) 多維光存儲(chǔ)的復(fù)用維度示意圖^[1] ，(b) 多維光學(xué)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)光盤及讀取原理

（3）超分辨光學(xué)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

光學(xué)衍射極限是光學(xué)存儲(chǔ)技術(shù)中的一個(gè)關(guān)鍵障礙，它決定了數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的最小單元尺寸。為了克服這一限制，科學(xué)家們一直在探索新的技術(shù)路徑。其中，超分辨光學(xué)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)的出現(xiàn)，為我們提供了一種全新的解決方案。這項(xiàng)技術(shù)通過創(chuàng)新的光學(xué)手段，突破了傳統(tǒng)光學(xué)衍射的束縛，使得數(shù)據(jù)存儲(chǔ)點(diǎn)的尺寸可以做得更小，從而大幅提升了存儲(chǔ)密度^{[6, 7]}。

2015年，李向平、曹耀宇等人運(yùn)用雙光束超分辨技術(shù)實(shí)現(xiàn)超大容量的光存儲(chǔ)，將800 nm飛秒超快光源作為記錄光束，375 nm連續(xù)激光作為抑制光束，在玻璃基板上實(shí)現(xiàn)了最小33 nm的記錄點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)大大提高了存儲(chǔ)面密度^[7]。目前，前沿的超分辨光學(xué)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)是上海光學(xué)精密機(jī)械研究所阮昊研究員團(tuán)隊(duì)和上海理工大學(xué)顧敏院士聯(lián)合的一種雙光束調(diào)控聚集誘導(dǎo)發(fā)光超分辨光存儲(chǔ)技術(shù)^[8]，實(shí)驗(yàn)上第一次在信息寫入和讀出均突破了衍射極限的限制，實(shí)現(xiàn)了點(diǎn)尺寸為54 nm、道間距為70 nm的超分辨數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，并完成了100層的多層記錄，單盤等效容量達(dá)Pb量級(jí)，這相當(dāng)于把一個(gè)小型數(shù)據(jù)中心機(jī)柜縮小到一張光盤上，這一成果不僅極大地提高了存儲(chǔ)效率，而且對(duì)于應(yīng)對(duì)大數(shù)據(jù)時(shí)代日益增長(zhǎng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)需求具有重要的戰(zhàn)略意義。

圖4 (a) 衍射的限制，(b) 超分辨光信息存儲(chǔ)技術(shù)示意圖

在人工智能驅(qū)動(dòng)的數(shù)字化時(shí)代背景下，光存儲(chǔ)技術(shù)的革新正扮演著至關(guān)重要的角色。超分辨光學(xué)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)，作為其中的楷模，正以其很好的存儲(chǔ)密度、速度和安全性，為海量數(shù)據(jù)的長(zhǎng)期保存提供了強(qiáng)有力的保障。該技術(shù)通過突破光學(xué)衍射的傳統(tǒng)限制，實(shí)現(xiàn)了在更小單位體積內(nèi)存儲(chǔ)更多信息的可能，極大地提升了數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的效率和可靠性^[9-10]。同時(shí)，隨著全息光存儲(chǔ)、多維光學(xué)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等技術(shù)的相繼問世，我們見證了光存儲(chǔ)技術(shù)的一次重大飛躍，它們?nèi)缤瑪?shù)據(jù)存儲(chǔ)領(lǐng)域的“文藝復(fù)興”，不僅極大地豐富了數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的策略，也為信息的快速存取和高度安全提供了新的解決方案。這些技術(shù)的發(fā)展，預(yù)示著未來個(gè)人和企業(yè)將能夠以更低的成本、更便捷的方式管理和維護(hù)龐大的數(shù)據(jù)資產(chǎn)。此外，這些新興光存儲(chǔ)技術(shù)在推動(dòng)數(shù)字經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展的同時(shí)，也為人工智能的進(jìn)一步探索和創(chuàng)新提供了堅(jiān)實(shí)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。它們?nèi)缤刈o(hù)數(shù)字世界的“超級(jí)英雄”，以其“超能力”共同維護(hù)著信息的安全和秩序。隨著技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步和應(yīng)用的不斷深入，超分辨光學(xué)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)將在構(gòu)建未來社會(huì)的信息基礎(chǔ)設(shè)施中發(fā)揮更加核心的作用，為人類在數(shù)字時(shí)代的自由探索和創(chuàng)新活動(dòng)提供堅(jiān)實(shí)的支撐。