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- 유지 관리에 에너지 불필요, 국지적 결함, 무작위 비트 오류에 장기 데이터 저장 가능
- 홀로그램으로 저장된 정보를 다시 검색하려면 테라헤르츠 방사기가 필요
- 암호화 키에 적합

플라스틱 디스크가 홀로그램 데이터 저장소가 되는 방법
3D 프린터를 이용해 홀로그램 데이터 저장소를 만드는 새로운 방법

놀랍게도 간단하다. 홀로그램은 단순한 광학 장치가 아니라 데이터 저장소 역할도 할 수 있다. 이제 한 연구팀이 이를 위한 특히 간단한 방법을 시연했다. 그들은 표준 3D 프린터로 만든 플라스틱 디스크를 저장 및 홀로그램 매체로 사용했다. 이에 필요한 홀로그램 패턴은 복잡한 레이저 기술이 필요하지 않으며 디지털 방식으로 생성되고 테라헤르츠 방사선을 사용하여 판독된다. 

▲ 데이터 홀로그램의 간섭 패턴을 생성하는 플라스틱 디스크를 들고 있는 Evan Constable 연구원.© TU Wien

홀로그램은 오랫동안 공상과학 소설에서 흔한 소재였다. 그러나 실제로는 홀로그램 비디오, 심층 홀로그램 또는 자유 부동 홀로 프로젝션을 생성하는 기술이 이미 있다. 일반 픽셀이나 벡터 기반 이미지와 달리 홀로그램은 광학 간섭 패턴을 기반으로 합니다. 이미지화된 물체의 깊이 정보는 이러한 목적으로 사용되는 레이저 빔의 위상 변화로 인코딩된다. 보면 홀로그램이 입체적으로 나타난다.

데이터 저장 장치로서의 홀로그램

홀로그램은 3D 관점 때문에 흥미로울 뿐만 아니라 데이터 저장에 대한 새로운 가능성도 제공한다. 이를 위해 데이터는 홀로그램 간섭 ​​패턴으로 크리스탈이나 기타 적절한 재료에 에칭된다. 비엔나 공과대학의 Evan Constable과 그의 동료들은 “이를 통해 유지 관리에 에너지가 필요하지 않고 본질적으로 국지적 결함과 무작위 비트 오류에 강인한 장기 데이터 저장이 가능하다”고 설명했다.

또 다른 장점:
저장 매체의 동일한 3차원 체적에 여러 홀로그램을 엠보싱할 수 있다. 이를 위해 "홀로그램 다중화"를 위한 다양한 광 파장의 레이저를 사용해 홀로그램이 생성된다. Constable과 그의 팀은 “홀로그램 데이터 스토리지의 가장 큰 장점은 작은 공간에 많은 양의 데이터를 저장할 수 있다는 점이다”고 말했다. 그러나 지금까지 홀로그램 데이터 저장 기술은 이를 생성하고 판독하는 데 복잡하고 공간을 많이 차지하는 레이저 장비가 필요하다는 문제로 인해 어려움을 겪었다.

플라스틱, 3D 프린터 및 홀로그램 소프트웨어 포함

Constable과 그의 팀은 이제 적어도 일부 응용 분야에서는 가능한 솔루션을 찾았을 것이다. 일반 3D 프린터를 이용해 홀로그램 데이터 저장 장치를 제작할 수 있는 방법을 개발했기 때문이다. 개념의 핵심은 테라헤르츠 방사선에 투명한 얇은 플라스틱 스크린, 즉 얇은 플라스틱 디스크다. 홀로그램의 간섭무늬를 만들어 내는 구조가 각인되어 있다. 테스트에서 연구원들은 256비트로 구성된 비트코인 ​​지갑 주소를 데이터 콘텐츠로 사용했다.

플라스틱 스크린이 올바른 코드를 생성하려면 먼저 정확히 올바른 방식으로 방사선을 변경하기 위해 어느 지점에서 어느 두께가 되어야 하는지 계산해야 한다. Constable과 그의 팀은 이를 위해 특별한 컴퓨터 프로그램을 사용했다. Constable은 "그러면 조리개를 인쇄하는 일반 3D 프린터만 있으면 원하는 정보를 홀로그램으로 저장할 수 있다"고 설명했다.

▲ (a) 홀로그램으로 저장된 데이터 매트릭스를 이미지화하는 데 사용되는 실험 설정의 개략도. 이는 s에 위치한 소스, 회절면 d의 위상판, 이미지 평면에서 신호를 측정하는 xy 변환 검출기 i로 구성된다. (출처: 관련논문 Open access Published: 06 March 2024. Encoding terahertz holographic bits with a computer-generated 3D-printed phase plate)

판독을 위한 테라헤르츠 방사선

홀로그램으로 저장된 정보를 다시 검색하려면 테라헤르츠 방사기가 필요하다. Constable은 “이것은 약 100~수천 기가헤르츠 범위의 전자기 광선으로 휴대폰이나 전자레인지에서 나오는 방사선과 비슷하지만 주파수가 훨씬 더 높다”고 말했다. 이러한 유형의 방사선은 이미 공항의 전신 스캐너 등에 사용되고 있다.

홀로그램 플라스틱 디스크에 테라헤르츠 방사선을 조사하면 저장된 코드의 홀로그램 이미지가 생성된다. "그런 다음 조리개의 각 지점에서 파동이 발산되고 이 모든 파동이 서로 겹친다"고 Constable은 말했다. "조리개 두께를 한 점 한 점 정확하게 조정했다면 이 모든 파동이 중첩되어 정확히 원하는 이미지가 생성된다.“

암호화 키에 적합

연구원들은 그들의 방법을 홀로그램 저장 장치를 더 저렴하고 더 실용적으로 만들 수 있는 기회로 보고 있다. Constable과 그의 동료들은 “3D 프린팅 위상판과 간소화된 광학 구성으로 시연한 안정적인 데이터 인코딩과 판독 시연은 3D 프린팅 광학와 테라헤르츠 방사선으로 할 수 있는 것의 경계를 넓히는 데 도움이 된다”고 말했다.

지금까지 이 기술의 적용은 상대적으로 느린 쓰기 속도와 제한된 데이터 밀도로 인해 제한되었다. 그러나 암호화 키와 같이 신뢰할 수 있는 장기 저장 및 보안이 더 중요한 애플리케이션의 경우 이러한 제한은 거의 관련이 없다고 과학자들은 말한다. 그들은 또한 파장을 단축함으로써 데이터 밀도를 더욱 높일 수 있다고 가정한다.
(Scientific Reports, 2024; doi: 10.1038/s41598-024-56113-2)
출처: 비엔나 공과대학교

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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