上海理工团队提出单光束多维光存储：DVD 尺寸理论容量约 0.4 Pb
据 IT之家 9 月 29 日消息，上海理工大学智能科技学院顾敏院士、张启明教授团队在《自然·光子学》在线发表一项光存储研究成果，提出并验证了自主研发的单光束多维光存储技术。来源显示，该方案可让单个三维存储点区分 1024 种状态，相当于每个记录点具备 10 bit 信息容量，并实现高速写入与宽场并行读取。在理论估算下，DVD 尺寸介质的存储容量约可达到 0.4 Pb，数据读取可靠性超过 99.99%。
这项研究的核心意义在于，它并不是简单继续沿用“把记录点做得更小”或“把存储层数做得更多”的传统思路，而是提升单个记录单元本身可承载的信息量。对于正在快速增长的 AI 训练数据、视频内容、科研数据和长期归档需求来说，这类高密度光存储路线值得关注。
从二进制到 1024 状态：单个记录点容量被放大
在传统二进制存储中，一个记录单元通常只有“0”和“1”两种状态，对应 1 bit 信息。来源摘要中提到，张启明表示，新方案让一个记录单元拥有 1024 种可区分状态，也就是 10 bit 信息容量。换言之，过去需要多个二进制记录单元才能保存的数据，现在可通过一个具备多维状态的三维存储点来完成。
这一思路对于光存储尤其关键。过去提升光盘容量，常见方向包括缩小记录点尺寸、增加记录层数量或采用更复杂的超分辨读写机制。但这些方式往往会带来材料、光路、对准和系统稳定性方面的挑战。此次团队提出的多维编码方式，则把容量提升的一部分压力转移到“状态数”上。
- 单点信息容量：单个三维存储点可区分 1024 种状态，对应 10 bit。
- 读写方式：以单束单色光分别完成写入和读取，降低对双光束架构的依赖。
- 读取能力：支持宽场并行读取，来源显示读取可靠性超过 99.99%。
- 容量估算：DVD 尺寸介质理论容量约 0.4 Pb。
单光束路线降低系统复杂度
来源显示，传统超分辨光存储路线常需要双束光协同完成写入和读取，这会带来精密配准、长期稳定控制等系统难题。对于实验室演示而言，多束光路可以通过复杂设备实现；但如果走向产业化和设备集成，光路越复杂，成本、体积、维护和可靠性要求也会随之上升。
此次研究强调单束单色光即可分别完成写入和读取，相当于绕开了部分双光束读写架构的依赖。这并不意味着相关技术已接近消费级产品，但它在工程路线上的意义比较明确：如果后续材料、设备和制造环节能够进一步成熟，高容量光存储系统有望在更简单的结构下实现。
对 AI 与长期数据归档的潜在影响
从本站关注的 AI 与科技产业角度看，Pb 级光存储并不只是“更大的光盘”。AI 模型训练、自动驾驶数据、医疗影像、天文观测、工业数字孪生等场景都在产生大量冷数据和温数据。这些数据未必需要像内存或 SSD 那样频繁访问，但需要长期、低成本、可靠保存。
来源还以 8K 灰度图像举例：一个像素有 256 种灰度取值，通常需要 8 个二进制单元保存；若一个存储点具备 10 bit 容量，在完成 8 bit 灰度信息存储后，还可留下 2 bit 编码空间，为原位光学 AI 训练等新型计算与存储结合方式提供可能。这意味着光存储未来或不只是“保存数据”，也可能参与数据表达、编码和特定光学计算流程。
当然，研究团队也对应用前景保持了较审慎的判断。顾敏表示，面向未来海量数据存储，Pb 容量并不是唯一指标，真正走向应用还需要兼顾读写速度、系统复杂度和设备集成能力。这一点非常关键：高容量只是第一步，产业化还要面对材料寿命、写入设备成本、读取吞吐、误码控制、标准化和量产一致性等问题。
理论容量仍有上探空间，但落地要看系统工程
来源显示，在现有 0.4 Pb 理论容量基础上，如果将层间距由 5 μm 压缩至 1 μm，并将灰阶编码拓展至万级，理论容量有望提升至约 20 Pb。这一数字展示了多维光存储的想象空间，但也意味着更高的材料精度、光学控制和解码可靠性要求。
论文作者方面，博士生张慧和 Simone Lamon 副研究员为共同第一作者；Simone Lamon 副研究员、刘丽英教授、张启明教授与顾敏院士为共同通讯作者。上海理工大学为论文第一署名单位，复旦大学和东南大学为合作完成单位。整体来看，这项成果为高容量光存储提供了一条新的技术路径，尤其是在 AI 时代数据长期保存压力持续上升的背景下，单光束、多维编码、宽场读取的组合值得后续持续观察。