Imagina el vuelo de un avión a un milímetro del suelo
que da vueltas a la Tierra una vez cada 25 segundos
mientras cuenta cada brizna de hierba.
Encoge todo eso para que quepa en la palma de tu mano,
y tendrías algo equivalente a un disco duro moderno,
un objeto que quizá puede almacenar más información que tu biblioteca local.
Pero, ¿cómo almacena tanta información en un espacio tan pequeño?
En el núcleo del disco duro hay una pila de discos giratorios de alta velocidad
con un cabezal de grabación que sobrevuela cada superficie.
Cada disco está codificado
con una película de granos metálicos magnetizados microscópicos,
y tus datos no viven allí en una forma que puedas reconocer.
En cambio, se almacenan como un patrón magnético
formado por grupos de esos diminutos granos.
En cada grupo, también conocido como bit,
todos esos granos tienen sus magnetizaciones alineadas
en uno de dos estados posibles,
que corresponden a ceros y unos.
Los datos se escriben en el disco
convirtiendo cadenas de bits
en corriente eléctrica alimentada vía un electroimán.
Este imán genera un campo suficientemente fuerte
para cambiar la dirección de la magnetización del grano del metal.
Una vez que esta información se escribe en el disco,
la unidad usa un lector magnético para convertirlo de nuevo en una forma útil,
muy similar a una aguja de fonógrafo que traduce ranuras de un disco en música.
Pero, ¿cómo conseguir tanta información a partir solo de ceros y unos?
Bueno, poniendo montones de ellos juntos.
Por ejemplo, una letra se representa con un byte, u ocho bits,
y tu foto promedio requiere varios megabytes,
cada uno de los cuales son 8 millones de bits.
Como cada bit debe escribirse en el área física de un disco,
siempre buscamos incrementar la densidad de área del disco,
o cuántos bits pueden colocarse en una pulgada cuadrada.
La densidad de área de un disco duro moderno
es de unos 600 gigabits por pulgada cuadrada,
300 millones de veces mayor que la del primer disco duro de IBM de 1957.
Este avance increíble en capacidad de almacenamiento
no fue solo una cuestión de hacer todo más pequeño,
sino que requirió varias innovaciones.
Una tecnología llamada proceso de litografía de película delgada
les permitió a los ingenieros encoger el lector y el escritor.
Y a pesar de su tamaño, el lector se hizo más sensible
aprovechando nuevos descubrimientos en las
propiedades magnéticas y cuánticas de la materia.
Se pudieron compactar los bits gracias a algoritmos matemáticos
que filtran el ruido de la interferencia magnética,
y encontrar las secuencias de bits más probable de cada señal de lectura.
Y el control de expansión térmica del cabezal
fue posible ubicando un calentador bajo el escritor magnético,
permitiendo que vuele a menos de cinco nanómetros sobre la superficie del disco,
es del ancho de dos hebras de ADN.
Desde hace varias décadas,
el crecimiento exponencial del poder de almacenamiento y procesamiento
ha seguido el patrón conocido como Ley de Moore,
que, en 1975, predijo que la densidad de información
se duplicaría cada 2 años
Pero en torno a los 100 gigabits por pulgada cuadrada,
encoger más el grano magnético o acercarlos más plantea un nuevo riesgo
llamado efecto superparamagnético.
Cuando el volumen de grano magnético es demasiado pequeño,
la energía térmica perturba fácilmente su magnetización
y puede hacer que los bits cambien involuntariamente,
llevando a la pérdida de datos.
Los científicos resolvieron esta limitación de manera muy simple:
cambiando la dirección de grabación de longitudinal a perpendicular,
permitiendo una densidad de área de un terabit por pulgada cuadrada.
Recientemente, el límite potencial se ha aumentado otra vez
mediante la grabación magnética asistida por calor.
Usa un medio de grabación térmicamente más estable,
cuya resistencia magnética se reduce momentáneamente
calentando un punto determinado con un láser,
permitiendo la escritura de datos.
Y si bien esas unidades están en etapa de prototipo,
los científicos ya tienen el próximo truco potencial bajo la manga:
medios con patrones de bits,
donde las ubicaciones de bits se colocan en estructuras nanométricas separadas,
potencialmente permitiendo densidades de área de 20 terabits por pulgada cuadrada
o más.
Es gracias a los esfuerzos combinados de generaciones de ingenieros,
científicos de materiales,
y físicos cuánticos
que este instrumento de potencia y precisión increíbles
puede girar en la palma de tu mano.