光で情報を処理する次世代チップが登場：AIと量子技術を加速させる新回路

電気ではなく「光」で情報を処理する。そんなSFのような世界が、現実のチップ上で実現しようとしています。オーストラリアのモナシュ大学を中心とする研究チームが、光ベースの情報生成から読み取りまでを一つのチップ上で完結させるナノスケールの回路を開発しました。

チップひとつで完結する「光の回路」

これまで、光を用いた情報処理の各工程（信号の生成、誘導、検出）は個別に実現していましたが、それらを一つのコンパクトなデバイスに統合することは大きな課題でした。

今回の研究でチームが達成したのは、以下のプロセスを単一チップ内で完結させる統合システムの構築です。

• 生成： 特殊な光信号を作り出す。
• 誘導： 信号を正確な方向へ導く。
• 変換： 光信号を電気信号に変換して読み取る。

この成果は、科学雑誌『Nature Photonics』に掲載されました。

「バレートロニクス」がもたらす効率化

この技術の鍵となるのが、次世代の計算技術として注目される「バレートロニクス（valleytronics）」という分野です。これは、電子の持つ性質（谷の自由度）を利用して情報を処理する手法で、従来のコンピューティングよりも高速でエネルギー効率に優れた処理が可能になると期待されています。

研究チームは、わずか数原子分の厚みしかない超薄型素材と、精密に設計されたナノ構造を組み合わせることで、極めて小さなスケールで光を制御することに成功しました。

実用化への大きな一歩：室温での動作

多くの量子システムは、動作させるために極低温まで冷却する必要があり、これが実用化への大きな障壁となっていました。しかし、今回の回路は室温で動作するという極めて重要な特性を持っています。

室温での動作が可能になれば、特殊な冷却装置を必要とせず、汎用的なデバイスへの組み込みが容易になります。これにより、AIの処理能力向上や、よりセキュアな通信、データ処理への応用が現実味を帯びてきます。

国際的な連携による成果

この研究は、モナシュ大学のレン・ハオラン（Ren Haoran）教授率いる「Monash NanoMeta Group」を中心に、オーストラリア、中国本土、シンガポール、ドイツ、そして日本の研究者が協力して成し遂げたものです。

電気に代わって光で情報を処理するスケーラブルなチップ技術は、コンピューティングのあり方を根本から変える可能性を秘めています。私たちのデジタルライフがより高速で、より環境に優しいものになる未来に向けた、重要な一歩といえるでしょう。

Reference(s):

Scientists develop on-chip light circuit for quantum, AI applications

cgtn.com