هواپیمایی را در نظر بگیرید که یک میلیمتر بالاتر از زمین پرواز می کند
و هر ۲۵ ثانیه یک بار دور زمین دور می زند
در حالیکه ساقههای همه علفها را می شمارد.
اون را آنقدر کوچک کنید طوریکه در کف دستتان جا شود،
و شما چیزی معادل یک "هارد درایو" مدرن خواهید داشت،
شی که احتمالا اطلاعاتی بیشتر از کتابخانه محلیتان نگه می دارد.
خوب، چطور این همه اطلاعات رو در همچنین فضای کمی ذخیره می کند؟
در قلب هر هارد درایوی یک دسته دیسک های دوار وجود دارد
که یک هِد ثبت کننده بالای هر صفحه پرواز می کند.
هر صفحه با یک فیلم از دانه های فلزی مغناطیسی میکروسکوپی پوشانده شده است،
و داده هایتان اون طوریکه بتوانید تشخیص دهید، آنجا زندگی نمی کند.
در عوض، بصورت الگوهای مغناطیسی ثبت شده است
که با گروهی از آن دانه های ریز شکل گرفته است.
در هر گروه، که به یک بیت معروف است،
همه های دانه ها، مغناطیس خود را
با یکی از دو حالت ممکن، هم سو کرده اند
که متناظر است با صفر ها و یک ها.
داده روی دیسک، با تبدیل کردن
رشته هایی از بیت ها به جریان الکتریکی که
از میان میدان مغناطیسی رد شده است، نوشته می شود.
این مغناطیس میدانی را تولید می کند که قدرت کافی برای تغییر جهت
مغناطیس دانه ها را دارد.
وقتیکه این اطلاعات روی دیسک نوشته شد،
درایو یک خواننده مغناطیسی را بکار می گیرد تا آن را به صورت قابل استفاده برگرداند،
بیشتر مثل یک سوزن گرامافون که سوراخ های صفحه را به موسیقی ترجمه می کند.
ولی چطور می توانید، اینهمه اطلاعات را فقط از صفر ها و یک ها گرفت؟
خوب، با گذاشتن کلی از اونها کنار یکدیگر.
برای مثال، یک حرف با یک بایت، یا هشت بیت، نمایش داده می شود
و عکس متوسط شما تا چندین مگابایت می گیرد،
که هر کدام ۸ میلیون بیت هستند.
چونکه هر بیت باید روی یک سطح فیزیکی از دیسک نوشته شود.
ما همیشه دنبال آن هستیم که چگالی سطحی دیسک را،
یا اینکه چه تعداد بیت را می توان در یک اینچ مربع فشرده کرد، افزایش دهیم.
چگالی سطحی یک هارد درایو مدرن حدود ۶۰۰ گیگابیت بر اینچ مربع است،
۳۰۰ میلیون بار بزرگتر از اولین هارد درایور (آی.بی.ام) سال ۱۹۵۷.
این پیشرفت فوق العاده در ظرفیت ذخیره سازی
فقط قضیه کوچکتر کردن همه چیز نبوده،
بلکه شامل چندین نوع آوری بوده است.
تکنیکی که فرآیند چاپ فبلم نازک نامیده می شود
به مهندسین امکان داد تا خواننده و ثبت کننده را کوچک کنند.
و بر خلاف اندازه اش، خواننده حساستر شد
با بهره گیری از اکتشافات جدید در خواص مغناطیس و کوانتوم مواد.
بیت ها همچنین توانستند نزدیکتر به هم، بسته بندی شوند، به لطف الگوریتم های ریاضی
که نویز ناشی از تداخل مغناطیسی را فیلتر می کنند،
و محتمل ترین دنباله بیت های قرائت شده از هر دسته سیگنال را می یابد.
و کنترل انبساط حرارتی هِد،
که با قرار دادن یک هیتر زیر ثبات مغناطیسی میسر می شود،
بآن اجازه داد تا کمتر از ۵ نانومتر بالای سطح دیسک پرواز کند،
حدود ضخامت دو رشته DNA.
برای چندین دهه گذشته،
رشد نمایی در گنجایش ذخیره سازی و قدرت پردازش کامپیوتری
الگویی را دنبال کرده است که به قانون (مور) معروف است،
که در سال ۱۹۵۷ پیش بینی کرد، چگالی اطلاعات هر دو سال یکبار دو برابر می شود.
ولی در حدود ۱۰۰ گیگابیت بر اینچ مربع،
کوچکتر کردن اندازه دانه های مغناطیسی یا چپاندن آنها نزدیکتر به هم
ریسکی را ایجاد می کند که به اثر ابر پارامغناطیس معروف است.
وقتیکه حجم دانه مغناطیسی خیلی کوچک باشد،
مغناطش آن به آسانی توسط انرژی حرارتی مغشوش می شود
و سبب می شود که بیت ها ناخواسته تغییر جهت دهند،
که منجر به از دست دادن داده ها می شود.
دانشمندان این محدودیت را از یک راه فوق العاده ساده حل کردند:
با تغییر راستای ثبت کردن از طولی به قائم،
که اجازه می دهد چگالی سطحی تا یک ترابیت بر اینچ مربع برسد.
اخیرا، این محدودیت بالقوه بیشتر هم افزایش یافته است
از طریق ثبت مغناطیسی به کمک گرما.
این روش وسیله ای با پایداری حرارتی حتی بالاتر بکار می برد،
که مقاومت مغناطیسی آن بطور آنی کاهش می یابد
با گرم کردن یک نقطه خاص بوسیله لیزر
که اجازه می دهد تا داده ها نوشته شود.
هرچند این درایوها هنوز در مرحله مدل هستند،
دانشمندان حقه ی احتمالی بعدی را در آستین دارند:
محیط نقش شده با بیت،
جائیکه موقعیت بیت ها در یک ساختار مجزا در ابعاد نانو چیده شده است،
که بالقوه امکان چگالی سطحی بیست ترابایت در هر اینچ مربع
یا بیشتر را می دهد.
بنابراین به لطف تلاش مشترک نسل هایی از مهندسین،
دانشمندان مواد،
و فیزیک دانان کوانتوم است
که این ابزار با توان و دقت خارق العاده
می تواند در کف دست شما بچرخد.