Es gibt viele Möglichkeiten, Daten zu speichern – digital, auf einer Festplatte oder mithilfe eines analogen Speichers Technologie, beispielsweise als Hologramm. In den meisten Fällen ist die Erstellung eines Hologramms technisch recht aufwändig: Hierfür kommt in der Regel hochpräzise Lasertechnik zum Einsatz.
Geht es jedoch lediglich darum, Daten in einem physischen Objekt zu speichern, dann lässt sich Holographie ganz einfach umsetzen, wie jetzt an der TU Wien demonstriert wurde: Mit einem 3D-Drucker lässt sich aus normalem Kunststoff eine Platte herstellen, in die ein QR-Code eingraviert ist gespeichert werden können. Die Nachricht wird mithilfe von Terahertz-Strahlen gelesen – elektromagnetischer Strahlung, die für das menschliche Auge unsichtbar ist.
Die Forschung ist veröffentlicht in der Zeitschrift Wissenschaftliche Berichte.
Das Hologramm als Datenspeicher
Ein Hologramm unterscheidet sich grundlegend von einem gewöhnlichen Bild. In einem gewöhnlichen Bild hat jedes Pixel eine klar definierte Position. Wenn man ein Stück vom Bild abreißt, geht ein Teil des Inhalts verloren.
Bei einem Hologramm wird das Bild jedoch durch gleichzeitige Beiträge aller Bereiche des Hologramms erzeugt. Wenn Sie einen Teil des Hologramms entfernen, kann mit dem Rest immer noch das vollständige Bild erstellt werden (wenn auch möglicherweise eine unschärfere Version). Beim Hologramm werden die Informationen nicht Pixel für Pixel gespeichert, sondern alle Informationen werden über das gesamte Hologramm verteilt.
„Wir haben dieses Prinzip auf Terahertz-Strahlen angewendet“, sagt Evan Constable vom Institut für Festkörperphysik der TU Wien. „Das sind elektromagnetische Strahlen im Bereich von etwa hundert bis mehreren tausend Gigahertz, vergleichbar mit der Strahlung eines Mobiltelefons oder eines Mikrowellenherds – allerdings mit einer deutlich höheren Frequenz.“
Diese Terahertz-Strahlung wird auf eine dünne Kunststoffplatte geschickt. Diese Platte ist für die Terahertz-Strahlung nahezu transparent, hat aber einen höheren Brechungsindex als die umgebende Luft, sodass sie an jedem Punkt der Platte die einfallende Welle ein wenig verändert. „Von jedem Punkt der Platte geht dann eine Welle aus, und alle diese Wellen interferieren miteinander“, sagt Constable. „Wenn man die Dicke der Platte Punkt für Punkt genau richtig eingestellt hat, dann ergibt die Überlagerung all dieser Wellen genau das gewünschte Bild.“
Es ist so, als würde man viele kleine Steine genau berechnet in einen Teich werfen, sodass sich die Wasserwellen all dieser Steine zu einem ganz bestimmten Gesamtwellenmuster addieren.
Ein Stück billiges Plastik als Hightech-Aufbewahrungseinheit für Wertgegenstände
Auf diese Weise war es möglich, eine Bitcoin-Wallet-Adresse (bestehend aus 256 Bits) in einem Stück Plastik zu kodieren. Indem Terahertz-Strahlen der richtigen Wellenlänge durch diese Kunststoffplatte gestrahlt werden, entsteht ein Terahertz-Strahlenbild, das genau den gewünschten Code erzeugt. „Auf diese Weise kann man einen Wert von mehreren zehntausend Euro sicher in einem Objekt aufbewahren, das nur wenige Cent kostet“, sagt Constable.
Damit die Platte den richtigen Code generiert, muss man zunächst berechnen, wie dick die Platte an jedem Punkt sein muss, damit sie die Terahertz-Welle genau richtig verändert. Constable und seine Mitarbeiter stellten den Code zum Erhalten dieses Dickenprofils kostenlos auf GitHub zur Verfügung.
„Sobald Sie dieses Dickenprofil haben, brauchen Sie nur noch einen gewöhnlichen 3D-Drucker, um die Platte zu drucken, und schon haben Sie die gewünschten Informationen holografisch gespeichert“, erklärt Constable. Ziel der Forschungsarbeiten war es, nicht nur die Holographie mit Terahertz-Wellen zu ermöglichen, sondern auch zu zeigen, wie weit die Technologie zur Arbeit mit diesen Wellen fortgeschritten ist und wie präzise dieser noch eher ungewöhnliche Bereich elektromagnetischer Strahlung bereits heute genutzt werden kann.