飛行機が地上１ミリの高さを 飛行しながら
地球を一周25秒で 繰り返し周回し
地上の草を１本ずつ数えている様子を 想像してみてください
これを手の平に収まるサイズに 縮小してみましょう
すると 近年のハードディスクと 同じ程度の大きさになりますが
これには地域の図書館に含まれる以上の 情報を保存できることでしょう
では大量の情報は この小さな空間に どのように保存されているのでしょうか？
ハードディスクの中心部には 高速に回転するディスクが積み重ねられていて
各表面の上を記録用の磁気ヘッドが 飛び回っています
各ディスクには磁化された微視的な金属が フィルム状にコーティングされており
しかも 人が見て認識できるように データは記録されているのではなく
超微粒子が集まることにより 形成される ―
磁気パターンとして記録されています
１ビットとも呼ばれる 個々のグループにおいて
すべての粒子が 磁化の向きを揃えています
これには２つの状態があり
０か１のどちらかに対応しています
データのディスクへの書き込みは
一連のビットを電流に変換し
電磁石に流すことによって行われます
電磁石は金属粒子の磁化の向きを変えるに足る 強い磁場を作り出します
情報が一旦 ディスクに書き込まれると
ドライブにある読み取り磁気ヘッドにより 利用可能なデータとして取り出せます
蓄音機の針が レコードの溝を読み取り 音楽を奏でるのと似ています
でも 様々な情報を ０と１だけで表現する仕組みは？
多くの０と１をまとめて使うことで 表現しています
例えば １文字は１バイト つまり８ビットで表します
平均的な写真のサイズは 数メガバイト程度です
１メガバイトは 800万ビットに相当します
各ビットはディスクの 物理的なスペースに書き込まれるので
ディスクの面記録密度を高めること つまり １平方インチあたりに
より多くのビット数を詰め込む方法が 常に追求されています
最近のハードディスクの面記録密度は １平方インチ辺り約600ギガビットで
これは1957年にIBMが製造した 初のハードディスクの３億倍にもなります
記憶容量のこの様な 目覚ましい向上は
すべてを小型化することだけではなく
いくつもの発明が積み重なっています
薄膜リソグラフィーと呼ばれる技術は
技術者による 読み書き磁気ヘッドの 小型化を可能にしました
その小さなサイズにかかわらず 読み取りの精度は
物質の磁性と量子的特性に関する新発明を 応用することで さらに高まりました
また数学的アルゴリズムは ビットの密度をさらに高めました
これは 磁気干渉による ノイズを除去し
一群の読み取り信号から 最もらしい 一連のビット値を決定します
書き込み磁気ヘッドの下に加熱装置を 置くことで可能になった
ヘッドの熱膨張制御技術は
ヘッドがディスクから５ナノメートル未満の 高さで動くことを可能にしました
これは２本鎖からなる DNAの幅の程度です
過去数十年間で
コンピューターの記憶容量と 処理能力は指数関数的に飛躍を遂げ
２年ごとに集積密度が ２倍になると予測した ―
1975年に提唱されたムーアの法則通りに 進歩してきました
しかし １平方インチあたり 約100ギガビットまでくると
磁気粒子の微細化 あるいは 集積化において
超常磁性効果という 新たな問題が発生しました
磁性粒子の体積が小さすぎると
熱エネルギーによって磁化の状態が 容易に乱され
意図せずビットが反転してしまい
データの損失が起こりうるのです
科学者たちは 記憶する方向を ヘッドの移動方向から
これに垂直な方向に切り替えるという とても単純な方法でこの限界を克服し
面記録密度を１平方インチあたり １テラビットに近づけることができました
最近は 熱を使った磁気記録によって
潜在的な限界が さらに 高められました
この方法は熱に対して ずっと安定した記憶媒体を使い
特定の場所をレーザーで熱し
磁気抵抗を一時的に下げることで
データの書き込みを可能にしています
これらのドライブは現在 試作の段階にありますが
科学者たちはすでに 次なる技術を秘かに準備しています
ビットパターンドメディアでは
ビットをナノサイズの構造として 分離して配列することで
１平方インチあたりの面密度を 20テラビットかそれ以上に
引き上げられる可能性があります
何世代にもわたる技術者や
物性物理学者
そして量子物理学者のおかげで
見事な能力と精度を有するこの装置が
手の平の上で 回転していられるのです