Le terme “5D” ne désigne pas une “cinquième dimension” physique. Il s’agit d’une méthode de codage des données dans laquelle chaque élément enregistré — un voxel — transporte des informations selon cinq degrés de liberté : trois coordonnées spatiales (X, Y, Z) et deux paramètres optiques d’anisotropie — l’orientation de l’“axe lent” (slow-axis azimuth) et l’amplitude du retard optique (retardance). Ces paramètres résultent de nanostructures auto-organisées (nanolamelles/nanoréseaux) formées par la focalisation d’impulsions laser femtosecondes à l’intérieur du verre de quartz. La lecture s’effectue par microscopie de polarisation, permettant d’extraire pour chaque voxel les cartes d’orientation et de retardance.
Comment cela fonctionne : physique et technologie
Écriture. Des impulsions laser ultracourtes (~10⁻¹⁵ s) sont focalisées à l’intérieur du verre, créant des nanostructures orientées dans des micro-volumes. En contrôlant la polarisation et l’intensité du faisceau laser, il est possible de définir indépendamment l’orientation et la retardance, permettant le multiplexage de plusieurs bits dans un seul voxel. Les premières implémentations utilisaient une écriture séquentielle “scannée” ; plus tard, des modulateurs spatiaux de lumière (SLM) et des projections parallèles via DMD (dispositifs à micro-miroirs numériques) ont été introduits.
Lecture. Grâce aux propriétés biréfringentes des nanostructures, les données sont lues par des mesures de polarisation (microscope + analyseur/quantificateur de retardance) sans endommager le support. Entre 2013 et 2016, le cycle complet “écriture–lecture” de fichiers numériques a été démontré avec succès.
Origine et chronologie
— 1996, Harvard (Mazur et al.) : première démonstration de l’enregistrement 3D dans des matériaux transparents par impulsions femtosecondes — base théorique et expérimentale des approches 5D modernes.
— 2009, Swinburne (Gu, Zijlstra, Chon) : premier “enregistrement cinq dimensions” dans des milieux plasmoniques (nanorods d’or), démontrant le codage multidimensionnel (espace + polarisation + longueur d’onde).
— 2010, Kyoto/Southampton (Hirao, Kazansky et al.) : manipulation ultrarapide de l’anisotropie de forme dans le verre (nanoréseaux auto-organisés), rendant possible l’enregistrement multibit dans le quartz.
— 2013, Université de Southampton (ORC, P. G. Kazansky) : première démonstration de l’écriture et de la lecture réelles de données 5D dans le verre ; l’orientation de l’axe lent et la retardance deviennent les “quatrième” et “cinquième” dimensions d’information, en plus des coordonnées XYZ. Capacités annoncées : jusqu’à ~360 To par disque, stabilité thermique jusqu’à ~1000 °C, et “durée de vie pratiquement illimitée” à température ambiante.
— 2016, ORC : vulgarisation du concept “Eternal 5D data storage”, mettant l’accent sur la durabilité et la lisibilité via microscopie de polarisation.
Étapes clés après l’établissement de la technologie
— 2018 : le “cristal 5D” est présenté comme support pour l’archivage de très longue durée ; démonstration : enregistrement d’une archive sur un cristal de quartz destiné à un lancement spatial (contexte Falcon Heavy/Tesla Roadster), symbole d’une durabilité extrême.
— 2021 : méthode d’écriture à haute vitesse par nanostructuration anisotrope (Optica) : vitesse jusqu’à ~10⁶ voxels/s (~230 kB/s), codage de 4 bits par voxel ; expérimentation sur un disque au format CD. Capacité estimée : ~500 To, mais un enregistrement complet prend encore plusieurs mois.
— 2022 : enregistrement 5D “sans erreur” sur 100 couches (Laser & Photonics Reviews) : passage à des nanopores anisotropes “faible perte” (type-X), améliorant la lisibilité des couches profondes et la fiabilité des empilements multilayers.
— 2024 : enregistrement du génome humain complet sur un cristal 5D, démontrant l’archivage de données à très haute valeur.
— 2025 : écriture 5D parallèle par “paquets” de voxels via projection DMD (Science Advances, open-access) : capacité expérimentale ~1,5 To sur une plaque de ~5″ ; débit théorique jusqu’à ~7,5 Mo/s avec un amplificateur laser 100 kHz ; limite estimée pour ce format ~210 To.
Un pas important vers la suppression du “goulot d’étranglement” de la vitesse d’écriture.
Paramètres validés
Capacité. Les démonstrations scientifiques atteignent jusqu’à ~360 To par disque de 12 cm (ORC, 2013). Des projections d’ingénierie ultérieures (2021) estiment des capacités théoriques allant jusqu’à ~500 To aux mêmes densités. Il faut distinguer le “volume réellement écrit” de la “capacité théorique.”
Durabilité et stabilité. Le verre de quartz résiste à la corrosion et possède un seuil élevé de dommages optiques et thermiques. Pour les nanostructures 5D, une stabilité jusqu’à ~1000 °C et une “durée de vie pratiquement illimitée” à température ambiante ont été revendiquées (les modèles de dégradation prédisent des horizons de plusieurs milliards d’années). Les travaux récents mettent l’accent sur la robustesse des modifications anisotropes et l’utilisation de structures “faible perte” pour améliorer la lisibilité multilayer.
Vitesse d’écriture. Historiquement — quelques dizaines à centaines de kB/s. Depuis 2021 — environ 10⁶ voxels/s (~230 kB/s) avec une bonne efficacité énergétique ; en 2025, les méthodes parallèles permettent théoriquement d’atteindre plusieurs mégaoctets par seconde. La lecture nécessite également des améliorations significatives et une standardisation.
Aspect du support et disponibilité actuelle
Le support est un disque ou une plaque de verre transparent (verre de quartz ; souvent ~12 cm, format “CD”, ou plaques plus petites), apparaissant extérieurement comme un “cristal” fin, sans motifs visibles. Les données sont stockées dans le volume et visualisées au microscope polarisant (cartes d’orientation et de retardance). Entre 2016 et 2025, l’Université de Southampton a régulièrement présenté des images d’échantillons et des cartes de polarisation ; en 2024, un “cristal génomique” a été exposé.
La commercialisation est menée par la spin-off SPhotonix (liée à l’ORC), qui propose le “5D Memory Crystal” comme support d’archivage longue durée (jusqu’à plusieurs centaines de To) ainsi qu’un service d’archivage. L’adoption massive dans les centres de données reste limitée, freinée par la lenteur de l’écriture et l’absence d’écosystème standardisé de lecture.
Différences fondamentales avec les disques optiques classiques
Stockage volumétrique plutôt que surfacique : des milliers de couches dans le verre au lieu de “puits” en surface. Codage multibit par polarisation (orientation + retardance), augmentant radicalement la densité. Matériau : verre de quartz offrant une stabilité chimique et thermique exceptionnelle (contrairement au polycarbonate). Mécanique : l’écriture et la lecture nécessitent des lasers femtosecondes et une optique de polarisation de haute précision.
Où cela a été publié : sources principales
Base de l’enregistrement 3D dans le verre — Optics Letters (Mazur et al., 1996).
Premier “enregistrement 5D” dans des systèmes plasmoniques — Nature (Zijlstra, Chon, Gu, 2009).
Auto-organisation de l’anisotropie dans le verre — Advanced Materials (Shimotsuma, Hirao, Kazansky, 2010).
Pionniers de l’écriture et de la lecture 5D dans le quartz — rapports ORC/OSA (2013) et publications associées de l’ORC.
Démonstrations de durabilité — documents de l’Université de Southampton (2016, 2018).
Progrès sur la vitesse et la densité d’écriture — Optica (2021), Laser & Photonics Reviews (2022), Science Advances (2025).
Démonstrations appliquées (archives/génome) — communiqués de presse de l’Université de Southampton (2024).
Limites et questions ouvertes
Vitesse et coût. Même avec les nouvelles approches, l’écriture complète d’un disque reste une opération de plusieurs mois ; l’équipement est coûteux et nécessite des compétences spécialisées.
Lecture et standardisation. Aucun lecteur grand public n’existe ; la lecture repose encore sur la microscopie de polarisation de niveau recherche. Aucun standard industriel pour les formats et le codage n’a encore été établi. Les démonstrations scientifiques (2016–2025) s’appuient sur une instrumentation de laboratoire.
Intégration dans les infrastructures de stockage. Pour les centres de données, l’automatisation, les interfaces et la vérification ECC en temps réel sont cruciales. Les recherches se poursuivent (par ex. LPR-2022 sur l’enregistrement “sans erreur” à 100 couches), mais l’écosystème reste en construction.
Intégration philosophique dans COSMIC
La mémoire 5D n’est pas seulement une innovation technique : elle incarne un principe que COSMIC considère comme norme de la forme : la valeur se conserve là où la structure résiste à l’entropie et au temps. Le verre nanostructuré offre une technologie matérielle capable de figer des distinctions sur des horizons temporels dépassant les époques humaines.
Elle déplace la “mémoire” de la catégorie des supports éphémères vers celle de la forme — quelque chose qui demeure au-delà des mises à jour et des cycles du marché. Pour COSMIC, l’essentiel ne réside pas seulement dans les centaines de téraoctets, mais dans la possibilité de préserver le sens sans dissolution dans le temps. Là où les systèmes exigent la compatibilité, la forme définit une frontière ; la mémoire 5D démontre qu’une telle frontière peut être réalisée dans la matière.
Conclusion
La mémoire optique cinq dimensions dans le verre de quartz nanostructuré est une technologie expérimentale réelle, soutenue par une littérature solide et des démonstrations (1996–2025). Ses atouts : une durabilité extrême et un potentiel de densité de données très élevé ; ses faiblesses : des vitesses d’écriture faibles, une complexité technique et l’absence de lecteurs standardisés. Les méthodes d’écriture parallèle démontrées en 2025 rapprochent cette technologie des applications de stockage archivistique à l’échelle des siècles. Pour COSMIC, ce n’est pas “juste un autre support”, mais un fondement technique là où la philosophie exige une forme capable de résister au temps et à l’environnement.
En bref : pourquoi COSMIC s’y intéresse. COSMIC travaille avec des formes qui préservent les distinctions ; la mémoire 5D est un exemple rare d’une telle forme rendue tangible.