Tưởng tượng rằng một máy bay bay cách mặt đất 1 milimet và vòng quanh Trái Đất mỗi 25 giây và đếm từng ngọn cỏ. Co tất cả chúng lại cho vừa lòng bàn tay bạn, và bạn sẽ có một thứ tương đương với một ổ cứng hiện đại, cái mà có thể lưu giữ nhiều thông tin hơn cả một thư viện địa phương. Vậy làm thế nào mà chứa nhiều thông tin trong một không gian nhỏ như thế? Trái tim của mỗi chiếc ổ cứng chính là một chồng đĩa quay tốc độ cao với một đầu đọc lướt trên mỗi bề mặt. Mỗi chiếc đĩa được mã hóa bằng 1 lớp màng các hạt kim loại vi phân tử được từ hóa, và dữ liệu của bạn không tồn tại ở đó trong dạng mà bạn có thể nhận biết. Mặc dù vậy, nó được ghi lại như 1 dạng từ tính hình thành bởi nhóm hạt vô cùng nhỏ đó. Trong mỗi nhóm, được biết như là 1 bit, tất cả các hạt có từ tính được sắp đặt theo một trong 2 trạng thái, tương ứng với 0 và 1. Dữ liệu được viết trên đĩa bằng cách chuyển dãy các bit thành dòng điện xuyên qua một trường điện từ. Từ trường này sinh ra một trường đủ mạnh để thay đổi hướng của các hạt kim loại nhiễm từ. Một khi thông tin này được viết trên đĩa, ổ cứng sử dụng bộ phận đọc từ để chuyển nó về dạng hữu ích, giống như kim đĩa hát chuyển các rãnh đĩa thành âm nhạc vậy. Nhưng làm thế nào để có nhiều thông tin chỉ dựa trên 0 và 1? Vâng, bằng cách xếp chúng cạnh nhau. Ví dụ, một chữ cái được thể hiện bằng 1 byte, hay 8 bits, và 1 bức ảnh thông thường của bạn chiếm nhiều Megabyte, mỗi Megabyte là 8 triệu bits. Bởi vì mỗi bit phải được viết trên 1 khu vực vật lý của đĩa, chúng ta luôn luôn tìm cách để nâng mật độ diện tích của đĩa lên, hay chính là bao nhiêu bit có thể được nén vào trong 1 inch vuông. Mật độ diện tích của 1 ổ cứng hiện đại vào khoảng 600 Gigabyte trên 1 inch vuông, lớn hơn 300 triệu lần so với của chiếc ổ cứng đầu tiên của IBM từ 1957. Sự tiến bộ kinh ngạc này về dung lượng chứa không chỉ đóng góp từ việc làm cho mọi thứ nhỏ hơn, mà còn bao gồm nhiều cải tiến khác nữa. Một kỹ thuật gọi là in lito màng mỏng cho phép các kỹ sư co ngót đầu đọc và đầu ghi lại. Và mặc dù kích thước của nó, đầu đọc trở nên nhạy hơn bằng việc đưa lợi ích của khám phá mới trong từ tính và lượng tử của vật chất. Bits cũng có thể được xếp lại gần nhau hơn nhờ có thuật toán toán học lọc sạch nhiễu khỏi sự giao thoa từ, và tìm ra chuỗi bit giống nhau từ mỗi khối dữ liệu đọc được. Về việc kiểm soát giãn nở nhiệt của đầu đọc, được kích hoạt nhờ đặt bộ trao đổi nhiệt dưới đầu ghi từ tính, cho phép nó chuyển động nhỏ hơn 5 nanomet bên trên bề mặt đĩa, bằng chiều rộng của 2 sợi DNA. Khoảng vài thập kỷ trước, sự phát triển theo hàm số mũ trong dung lượng chứa và công suất xử lý máy tính tuân theo quy luật định luật Moore, vào năm 1975, đã dự đoán rằng lượng thông tin sẽ tăng gấp đôi mỗi 2 năm. Nhưng với mật độ 100 Gigabits trong inch vuông, co những hạt mang từ tính lại hoặc nén chúng lại gần nhau hơn đã đặt ra một mối nguy mới gọi là hiệu ứng siêu thuận từ. Khi thể tích hạt nhiễm từ quá nhỏ, từ trường của chúng dễ dàng bị nhiễu bởi năng lượng nhiệt và có thể làm cho các bits chuyển hướng không xác định, dẫn đến việc mất dữ liệu. Các nhà khoa học đã giải quyết giới hạn này theo 1 cách đơn giản kinh ngạc: bằng cách thay đổi hướng ghi từ song song sang vuông góc, cho phép mật độ diện tích đạt đến 1 terabit trên inch vuông. Gần đây, mức giới hạn tiềm năng đã tăng trở lại thông qua nhiệt sinh ra từ việc ghi tín hiệu từ. Điều này sử dụng 1 môi trường ghi tín hiệu thậm chí còn ổn định nhiệt hơn, khi điện trở từ của chúng được giảm tức thời bằng việc gia nhiệt 1 điểm cụ thể bằng tia laser và cho phép dữ liệu được ghi. Và trong khi những ổ cứng này đang trong thời kỳ nguyên mẫu, các nhà khoa học cũng đã có kế hoạch sử dụng chúng: môi trường dạng bit, ở đó vị trí các bit được sắp xếp riêng biệt, cấu trúc kích thước nano, có thể cho phép mật độ diện tích lên tới 20 Terabit trên inch vuông hoặc hơn nữa. Vậy xin cảm ơn tới những nỗ lực cộng hợp của thế hệ kỹ sư đi đầu, các nhà khoa học vật liệu, và các nhà vật lý lượng tử mà công cụ của sức mạnh kinh ngạc và chính xác này có thể nằm gọn trong lòng bàn tay bạn.