Cristais de memória e DNA: as soluções futuristas para armazenar dados eternamente
Os centros de dados consomem quantidades massivas de eletricidade, água e materiais, um dilema que vem impulsionando soluções inovadoras em todo o mundo. Durante uma visita ao Japão em 1999, o pesquisador Peter Kazansky encontrou um fenômeno físico misterioso que, agora, ele acredita ser a chave para o futuro do armazenamento de informações.
Uma descoberta acidental em Kyoto
No laboratório de optoeletrônica da Universidade de Kyoto, cientistas testavam como escrever em vidro usando lasers ultrarrápidos de femtossegundos, que emitem pulsos de luz a cada quadrilionésimo de segundo. Eles observaram algo incomum na forma como a luz trafegava através do vidro tratado com laser, desafiando as leis conhecidas da física.
"Foi difícil explicar", afirma Kazansky, professor de optoeletrônica da Universidade de Southampton, no Reino Unido. "Nós observamos a luz se dispersar de uma forma que parecia desafiar as leis da física."
Esta observação desconcertante acabou provocando um autêntico momento Eureka. Os pesquisadores descobriram nanoestruturas ocultas dentro do vidro de sílica, criadas por microexplosões geradas pelos lasers. Esses "redemoinhos" de luz, cerca de mil vezes menores que a espessura de um cabelo humano, revelaram um potencial transformador.
O problema crescente dos dados
Na era da internet, inteligência artificial e casas inteligentes, produzimos dados em quantidades astronômicas. A empresa de análises IDC prevê que, até 2028, geraremos coletivamente 394 trilhões de zettabytes de informações anualmente. A ideia de que os dados "pesam pouco" é enganosa, pois exigem enormes recursos físicos.
Os centros de dados consomem quantidades massivas de eletricidade e água, representando cerca de 1,5% da demanda mundial de energia. Projeções indicam que seu consumo irá duplicar até 2030, quando também poderão gerar 2,5 bilhões de toneladas de emissões de CO₂, equivalente a 40% de todas as emissões anuais dos Estados Unidos.
A recente expansão da IA generativa agravou drasticamente a situação, aumentando a demanda por sistemas de computação de alto rendimento que consomem quantidades colossais de energia. Enquanto os "dados quentes" exigem acesso instantâneo, cerca de 80% das informações mundiais são "dados frios" que ninguém necessita imediatamente.
A solução dos cristais de memória
Kazansky descobriu que os redemoinhos com perfurações minúsculas gravadas no vidro podem ser lidos de forma similar aos dados transmitidos por fibra óptica. Este método codifica dados em cinco dimensões, empregando a diferença de orientação e intensidade da luz, combinadas com a localização de diferentes voxels (pixels tridimensionais).
"Podemos empregar estas propriedades da luz para armazenar dados em cinco dimensões, em vez das três habituais", explica Kazansky, "o que é fundamental para atingirmos a alta densidade necessária para o armazenamento 'eterno'."
Os "cristais de memória" de Kazansky precisam de energia apenas para o processo de escrita dos dados, não exigindo energia adicional para manutenção. Teoricamente, até 360 terabytes podem caber em um disco de vidro de cinco polegadas, e eles podem durar essencialmente para sempre, feitos de vidro de sílica fundida conhecido por sua durabilidade.
Em 2024, Kazansky fundou com seu filho a empresa SPhotonix, que completou recentemente uma rodada de financiamento de US$ 4,5 milhões. A empresa espera aumentar a velocidade de leitura e escrita para 500 MB por segundo nos próximos três a cinco anos, competindo com as soluções mais recentes de armazenamento em fita magnética.
Armazenamento em DNA: uma alternativa biológica
Paralelamente, pesquisadores exploram o DNA como meio de armazenamento extraordinariamente eficiente. O físico soviético Mikhail Samoilovich Neiman foi o primeiro a propor esta ideia em 1964, e demonstrações desde a década de 1980 confirmaram sua viabilidade.
Teoricamente, um único grama de DNA poderia armazenar até 215 petabytes de dados por milhares de anos. O processo transforma bytes digitais nas quatro bases nitrogenadas do DNA (A, T, C, G), que são convertidas em código binário.
"Ele é eficiente do ponto de vista energético, pois, se você guardar em local adequado, não necessita de refrigeração", explica o professor Thomas Heinis, do Imperial College de Londres.
Entre as gigantes da tecnologia, a Microsoft demonstrou interesse significativo, armazenando 200 MB de dados em DNA em 2016 e fundando a Aliança de Armazenamento de Dados em DNA em 2020. A empresa também patrocinou o grupo de pesquisa de Kazansky entre 2017 e 2019.
Desafios e perspectivas futuras
Nem todos acreditam que os cristais de memória representem o futuro imediato. Para o professor Srinivasan Keshav, da Universidade de Cambridge, a tecnologia não é "compatível com a infraestrutura existente", gerando "enormes barreiras para sua adoção".
Heinis descreve os cristais de memória como um "concorrente direto do armazenamento em DNA", mas destaca que o DNA poderia ser vantajoso porque "sempre poderemos ler DNA", devido às suas amplas aplicações médicas.
A professora Tania Malik, da Universidade Tecnológica de Dublin, alerta que é pouco provável que estas tecnologias substituam o armazenamento convencional para a informática cotidiana ou cargas de trabalho de IA em um futuro próximo. Ela defende melhorias na eficiência da infraestrutura, com processadores mais eficientes e técnicas avançadas de refrigeração.
Malik destaca ainda a necessidade de projetar algoritmos e aplicativos com consciência do consumo de energia, usando a potência adequada de computação para cada tarefa. Frente ao acúmulo exponencial de dados, parte da solução consiste em "termos mais propósito em relação ao que decidimos conservar", conclui a professora.
Enquanto isso, pesquisadores continuam explorando fronteiras tecnológicas, desde vidro de borossilicato até métodos revolucionários de armazenamento, na busca por soluções sustentáveis para um dos maiores desafios da era digital.
