一组来自美国的科学家能够将量子力学理论和数字记录相结合，为潜在的超密集光学记忆铺平了道路。记录是由内置于内存本身的原子大小的发射器进行的，用于存储信息的单元是内存原子结构中的多个缺陷。所有这些都与缺陷量子态的受控变化混合在一起，是经典物理学和量子物理学的混合体。

图片来源： Giulia Galli

所研究现象模型的研究和开发是由来自美国能源部阿贡国家实验室和芝加哥大学普利兹克分子工程学院的物理学家进行的。首先，他们在进行实验之前进行了模拟并预测了可能的结果。科学家所做的工作在很大程度上是创新的。目前还没有人研究过这样一个问题：如果能量（光子）发射器以纳米级的可及性位于固体材料原子结构的旁边，那么它们将如何表现。其实这是近场物理学，不容易研究，主要是由于各种量子效应的出现。

“我们已经开发了缺陷之间的能量转移如何支撑极其高效的光存储方法的基本物理基础，”芝加哥大学教授、阿贡国家实验室高级科学家 Giulia Galli 说。“这项研究说明了学习基本原理和量子力学理论以阐明新兴技术的重要性。”

例如，如果我们考虑光盘，那么允许的最小记录点将受到光学系统的衍射极限的限制，并且不能小于记录激光的波长。科学家们提议用稀土元素的原子使材料饱和，稀土元素的区别在于它们能够在更窄的范围内和其他波长下重新发射落在它们身上的光。通过这种方式，可以创建一种内部有无数记录“激光”的材料，每个激光都是一个原子的大小。

同样，材料可以被用于写入的单元饱和，这将是晶体结构中的缺陷。如果有足够的稀土原子和缺陷，它们中的大多数将在纳米范围内。这一发现的本质是稀土发射极（更准确地说，是再发射极）不可逆地或在很长一段时间内改变相邻缺陷的量子态（将它们从单重态转移到三重态）。这是在光学范围内工作的内存。而非常密集的记忆是在原子结构的层面上。

科学家们警告说，他们对这种记忆的许多机制仍然知之甚少，但毫无疑问，这是满足人类保存数字档案需求的一种有趣且有前途的方法。