Forscher speichern Daten auf einem Atom – das Ende der klassischen Datensicherung?

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Es könnte der Anfang vom Ende der klassischen Datensicherung sein: Forschern von IBM ist es gelungen, Daten auf dem Grundbaustein des Universums, dem Atom, zu speichern – damit ist die Möglichkeit zur atomaren Datensicherung ein Stück weiter in greifbare Nähe gerückt. Für IBM lautet die kriegsentscheidende Frage: Wird es gelingen, diese Errungenschaft auch praktisch nutzen zu können? Denn das Unternehmen verzeichnet seit vielen Monaten einen Umsatzrückgang – die Datenspeicherung auf einem Atom könnte also die letzte Möglichkeit zur Kehrtwende darstellen.

IBM gelingt atomare Datensicherung

Sämtliche Computerdaten setzen sich aus Bits zusammen, welche jeweils nur den Zustand “an” oder “aus” annehmen können – vom Rechner entsprechend als 1 oder 0 interpretiert. Somit lassen sich jegliche Prozesse und Dateien – vom Versand einer E-Mail über das ausgeführte Programm bis hin zum klassischen Bild oder dem Facebook-Post – in ihrer Grundstruktur als eine Ziffernfolge von 1 und 0 darstellen. Zusammengefasst bilden Bits somit das Atom der Datenwelt, den Grundbaustein jedes digitalen Elements.

So funktioniert die atomare Datensicherung

Forscher haben nun einen Weg gefunden, zwei einzelne Atome des seltenen Elements Holmium zu magnetisieren und die daraus entstandenen magnetischen Pole mit den Zuständen eines Bits – 1 und 0 – gleichzusetzen. Um das Holmium während dieses Prozesses stabil halten zu können, wurden die Atome bei einer Temperatur von -267 Grad Celsius an die Oberfläche von Magnesium-Oxid gebunden. Mit einer extrem spitzen und winzigen Nadel leiteten die Wissenschaftler im Anschluss einen elektrischen Impuls durch die Atome, so dass diese umgepolt wurden und die Ziffern 1 und 0 die Plätze tauschten.

Damit haben die Forscher im Grunde die Arbeitsweise eines Computers kopiert: Auch hier werden Bits als magnetische Punkte gelesen, die sich entweder im Zustand “an” oder “aus” befinden. Beim Auslesen verrät die feste Position der Bits, in welchem dieser beiden Zustände sie sich befinden, sprich: ob sie einer 1 oder einer 0 entsprechen.

“Magnetische Bits bilden die Grundlage aller Festplatten, Tapes und neuen Magnet-basierten Speichermethoden”, erklärt Christopher Lutz, IBM Nanoscience Researcher. “Wir haben diesen Ansatz auf die Forschung übertragen, um herauszufinden, was geschieht, wenn man Technologie auf das kleinstmögliche Extrem einschrumpft – auf atomare Größe.”

Tatsächlich könnten diese Atome selbst dann beschrieben und ausgelesen werden, wenn sie nur einen Nanometer voneinander entfernt sind. Damit sind Speichermedien denkbar, die 1.000 Mal dichter beschrieben werden könnten als heutige Festplatten und Memory-Chips – in der Theorie ein unglaublich großer Datenspeicher.

Laut IBM brauchen heutige Festplatten 100.000 Atome, um ein Bit zu speichern. Ließe sich die Entdeckung der atomaren Speicherung tatsächlich anwenden, wären damit auch Datenspeicher denkbar, die 100.000 Mal so klein sind wie heutige Festplatten – und das allein bei einer 1:1-Anwendung. Würde es Wissenschaftlern also gelingen, ein Atom mit zwei Bit zu beschreiben, würde sich dieser Faktor sogar noch verdoppeln!

Zusammengefasst bedeutet das: Die Tragweite dieser wissenschaftlichen Errungenschaft für sowohl die Zukunft der Datenspeicherung als auch die heutige datenabhängige Gesellschaft ist enorm. Denn nun sind 100.000 Mal kleinere Speichermedien vorstellbar, die gleichzeitig das 1.000-fache an Daten im Vergleich zu heutigen Geräten fassen können.

Kann IBM von dieser Entdeckung profitieren?

Sollte IBM dies gelingen, dann geschieht das keinen Moment zu früh: Denn während Moores Gesetz langsam seinem Ablaufdatum entgegen sieht, suchen Forscher verzweifelt nach Mitteln und Wegen, Prozessor- und Datennutzung zu optimieren – von der Möglichkeit, Daten in der DNA zu speichern bis hin zu wasserbasierten Prozessoren, die über die Maßen hitzebeständig sind. Denn nicht nur die Industrie ist hier auf neue Wege angewiesen; auch im Alltag, beispielsweise hinsichtlich unserer übervollen Musikfestplatten, ist eine Lösung heiß ersehnt.

Allerdings gehen die Forscher in naher Zukunft nicht von kommerziell verwendbaren Datenspeichern auf atomarer Ebene aus: Die Laborbedingungen, unter denen das Experiment gelang, müssten im Inneren der Speichermedien repliziert werden – ein erschütterungsfreies Ultrahochvakuum, das mit flüssigem Helium auf enorm niedrige Temperaturen heruntergekühlt wird.

“Jedes Medium, auch ein portabler Speicher, muss diese Bedingungen aushalten können – außer wenn es sich um einen speziell gefertigten Supercomputer handelt”, so Lutz.

Obwohl der wissenschaftliche Wert dieser Entdeckung enorm ist, ist IBM also auf den praktischen Nutzen angewiesen: Analysten beschreiben die Quartalszahlen des Technik-Giganten als “schwächelnd an mehreren Fronten” und “wachstumsarm”. Nach vielen Quartalen mit sinkendem Umsatz hat IBM sich einer genauen Aussage enthalten, wann wieder steigende Zahlen erwartet werden – eine Trendwende sei allerdings in Sicht. Hoffentlich also gelingt es IBM, die atomare Speicherung praxistauglich zu machen – das wären auch für all jene gute Neuigkeiten, die auf Innovationen am Markt angewiesen sind.

Server Backups zur Speicherplatzoptimierung

Optimistisch betrachtet wird atomare Speicherung erst in 5 bis 10 Jahren praktisch nutzbar sein – daher sind Ihre Kunden immer noch auf ausreichenden Datenspeicher angewiesen. Diesen garantieren Sie am besten mit einer Software, die Daten bestmöglich komprimiert und so nur das Nötigste an Speicherplatz belegt.

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