Almacena más datos usando menos espacio y con este truco holográfico: cómo funciona

Un grupo de investigadores de la Universidad Normal de Fujian logró desarrollar un sistema de almacenamiento de datos holográfico que utiliza las propiedades de la luz para guardar y recuperar información en tres dimensiones, lo que permite almacenar más datos en menos espacio y a mayor velocidad.

Este avance fue liderado por el doctor y profesor Xiaodi Tan, quien junto a su equipo de trabajo diseñó una tecnología óptica que supera las limitaciones de los métodos convencionales.

¿Cómo almacena la luz los datos digitales?

El método se basa en el almacenamiento de datos holográfico, una tecnología que emplea luz láser para guardar información dentro de un material especial. A diferencia de los discos duros o discos ópticos, que almacenan datos en la superficie, este sistema graba patrones de luz superpuestos en todo el volumen del material. Este enfoque permite una densidad de almacenamiento mucho mayor y una transmisión de datos más rápida.

El proceso aprovecha tres propiedades fundamentales de la luz: la amplitud, la fase y la polarización. Estas características pueden usarse para codificar información digital en imágenes conocidas como páginas holográficas, que pueden ser decodificadas y transformadas nuevamente en datos utilizables por el usuario.

Innovaciones técnicas: la polarización como nuevo canal de información

Hasta el momento, la mayoría de los sistemas de almacenamiento holográfico solo empleaban una o dos dimensiones de la luz, debido a la dificultad de usar la polarización como un canal independiente. La polarización se refiere a la dirección en la que vibran las ondas de luz, y aprovecharla como dimensión adicional para codificar información había resultado poco fiable en aplicaciones previas.

El equipo de Tan introdujo una técnica llamada holografía de polarización basada en tensores, que consigue preservar los estados de polarización durante la reconstrucción de datos. Esto habilita a la polarización como un canal estable e independiente para la codificación, lo que incrementa la cantidad de información que puede almacenarse en una sola página holográfica.

Para lograrlo, los científicos desarrollaron un esquema de codificación de modulación 3D, controlando la intensidad y la fase a través de dos estados de polarización ortogonales. Utilizaron un holograma de doble fase, lo que permitió que un único modulador espacial de luz —un dispositivo que solo controla la fase— pudiera codificar la amplitud, la fase y la polarización.

Redes neuronales para decodificar la luz

La decodificación de la información almacenada representaba otro reto importante. Los sensores convencionales únicamente pueden detectar la intensidad de la luz, lo que limita la capacidad de leer la información codificada en otras dimensiones. Para superar este obstáculo, los investigadores diseñaron una red neuronal convolucional que permite decodificar simultáneamente las propiedades de la luz utilizando solo imágenes de intensidad capturadas por el sistema.

Al entrenar la red neuronal con patrones de difracción —uno capturado con un polarizador y otro sin él—, el sistema puede reconstruir datos tridimensionales completos sin recurrir a mediciones complejas. “Nuestros resultados demostraron que la codificación conjunta multidimensional aumentó sustancialmente la información contenida en una sola página de datos holográficos, mejorando así la capacidad de almacenamiento”, destacó Tan en un comunicado.

Aplicaciones y futuro del almacenamiento holográfico

El equipo de la Universidad Normal de Fujian probó su teoría en un sistema compacto, capaz de registrar y reconstruir el campo óptico codificado en un medio sensible a la polarización. Tras analizar las imágenes, extrajeron las características de amplitud, fase y polarización, que luego fueron introducidas en la red neuronal para recuperar los datos en 3D.

La decodificación simultánea basada en redes neuronales elimina la necesidad de mediciones complejas y reconstrucción paso a paso, lo que permite una lectura más rápida y eficiente. Este avance facilita la adopción de un almacenamiento holográfico práctico, de alta capacidad y alto rendimiento.

Entre las posibles aplicaciones del sistema, el equipo menciona la reducción del tamaño de los centros de datos, la mejora del archivo digital a gran escala y el aumento de la eficiencia en el procesamiento y transmisión de datos. “También podría contribuir a una transmisión de datos más segura, al cifrado óptico y a la obtención de imágenes avanzadas”, afirmó Tan.

Aunque el sistema aún se encuentra en fase experimental, los investigadores trabajan para incrementar los niveles de codificación y mejorar la estabilidad y repetibilidad del soporte. Además, planean sumar la multiplexación volumétrica, lo que permitiría el almacenamiento multicanal y de múltiples páginas.