Các nhà khoa học tạo ra mã QR nhỏ nhất thế giới, chỉ thấy được bằng kính hiển vi điện tử

Một mã QR có thể nhỏ đến mức nào? Các nhà nghiên cứu vừa đẩy giới hạn xuống mức cực đoan: nhỏ đến mức chỉ có thể quan sát bằng kính hiển vi điện tử. Nhóm khoa học tại TU Wien, hợp tác cùng công ty lưu trữ dữ liệu Cerabyte, đã tạo ra một mã QR chỉ rộng 1,98 micromet vuông – nhỏ hơn cả phần lớn vi khuẩn. Thành tựu này đã được xác nhận chính thức và ghi danh vào Guinness World Records.

Không chỉ đơn thuần lập kỷ lục về kích thước, dự án còn mở ra hướng tiếp cận mới cho một trong những thách thức lớn nhất của thời đại số: lưu trữ dữ liệu bền vững. Các thiết bị lưu trữ từ tính và điện tử truyền thống thường chỉ duy trì dữ liệu ổn định trong vài năm trước khi xuống cấp. Trong khi đó, việc mã hóa thông tin trực tiếp vào vật liệu gốm có thể giúp dữ liệu tồn tại hàng trăm, thậm chí hàng nghìn năm.

Khi độ chính xác nguyên tử kết hợp với độ bền dài hạn

Theo Giáo sư Paul Mayrhofer từ Viện Khoa học và Công nghệ Vật liệu của TU Wien, cấu trúc mà nhóm tạo ra tinh vi đến mức hoàn toàn không thể nhìn thấy bằng kính hiển vi quang học. Tuy nhiên, điều đáng chú ý nhất không chỉ nằm ở độ nhỏ. Ngày nay, việc chế tạo các cấu trúc ở thang micromet, thậm chí mô hình từ từng nguyên tử riêng lẻ, không còn là điều quá xa lạ. Vấn đề nằm ở chỗ những cấu trúc siêu nhỏ đó thường không đủ ổn định để lưu trữ thông tin lâu dài và đọc lại một cách đáng tin cậy.

Ở kích thước cực nhỏ, các nguyên tử có thể dịch chuyển hoặc lan sang vùng lân cận, khiến thông tin bị xóa mờ theo thời gian. Nhóm nghiên cứu nhấn mạnh rằng họ đã đi theo một hướng khác: tạo ra một mã QR cực nhỏ nhưng vẫn ổn định và có thể đọc đi đọc lại nhiều lần.

Màng gốm siêu mỏng mở đường cho lưu trữ mật độ cao

Yếu tố then chốt của dự án nằm ở vật liệu. Nhóm sử dụng các màng gốm mỏng – vốn thường được dùng để phủ lên các dụng cụ cắt hiệu suất cao. Với các công cụ công nghiệp, vật liệu phải duy trì độ bền và ổn định ngay cả trong điều kiện khắc nghiệt. Chính đặc tính này cũng khiến chúng trở thành ứng viên lý tưởng cho lưu trữ dữ liệu dài hạn.

Để khắc mã QR, các nhà khoa học sử dụng chùm ion hội tụ, tạo nên từng điểm ảnh có kích thước chỉ 49 nanomet, nhỏ hơn khoảng 10 lần bước sóng ánh sáng nhìn thấy. Vì vậy, cấu trúc này không thể được quan sát bằng kính hiển vi quang học thông thường – tương tự như việc không thể cảm nhận chữ nổi Braille qua lớp đế dày của bàn chân voi. Tuy nhiên, dưới kính hiển vi điện tử, mã QR hiện lên rõ ràng và có thể đọc chính xác.

Nhờ kỹ thuật này, mật độ dữ liệu đạt mức cực cao. Về lý thuyết, hơn 2 terabyte dữ liệu có thể được lưu trữ trên diện tích tương đương một tờ giấy A4. Không giống các công nghệ lưu trữ truyền thống, vật liệu gốm có thể duy trì trạng thái ổn định trong thời gian rất dài mà không cần nguồn điện liên tục để bảo toàn dữ liệu.

Theo Alexander Kirnbauer, chúng ta đang sống trong thời đại thông tin nhưng lại lưu trữ tri thức trên những phương tiện có tuổi thọ đáng ngạc nhiên là ngắn. Nhiều hệ thống lưu trữ từ tính và điện tử bắt đầu mất dữ liệu chỉ sau vài năm. Nếu không có nguồn điện duy trì, hệ thống làm mát và việc sao lưu định kỳ sang thiết bị mới, thông tin quý giá có thể biến mất.

Trái lại, các nền văn minh cổ đại từng khắc ghi thông tin lên đá, để lại những thông điệp tồn tại suốt hàng thiên niên kỷ. Lưu trữ trên nền gốm đi theo triết lý tương tự: ghi dữ liệu vào vật liệu trơ, bền vững, có thể chịu đựng sự khắc nghiệt của thời gian và vẫn truy xuất được trong tương lai.

Một lợi thế quan trọng khác là lưu trữ dựa trên gốm không phụ thuộc vào điện hay hệ thống làm mát. Trong khi đó, các trung tâm dữ liệu hiện đại tiêu thụ lượng điện khổng lồ và góp phần đáng kể vào phát thải CO₂ toàn cầu. Vì thế, giải pháp lưu trữ không tiêu tốn năng lượng trở thành một hướng đi đầy hứa hẹn.

Theo nhóm nghiên cứu, đây mới chỉ là bước khởi đầu. Trong tương lai, họ đặt mục tiêu thử nghiệm thêm nhiều loại vật liệu khác, tăng tốc độ ghi dữ liệu và phát triển quy trình sản xuất có khả năng mở rộng. Mục tiêu không chỉ dừng ở phòng thí nghiệm mà còn hướng tới ứng dụng công nghiệp. Đồng thời, họ cũng đang nghiên cứu cách ghi các cấu trúc dữ liệu phức tạp hơn nhiều so với mã QR, với độ bền cao, tốc độ nhanh và hiệu quả năng lượng tối ưu.

Việc chứng minh rằng thông tin có thể được lưu trữ lâu dài trong vật liệu gốm bền vững mở ra viễn cảnh mới cho tương lai dữ liệu: an toàn hơn, bền vững hơn và tiêu tốn ít năng lượng hơn rất nhiều so với các giải pháp hiện tại.