現代のコンピューターは本当に素晴らしく、時代の流れとともに進化を続けています。これにはさまざまな理由がありますが、そのひとつが処理能力の向上によるものです。集積回路では、約1年半ごとにシリコンチップに搭載できるトランジスタの数が2倍に増えている。

これは「ムーアの法則」と呼ばれるもので、1965年にインテルの共同創業者であるゴードン・ムーアによって注目された傾向である。そのために、技術は急速に発展してきたのです。

ムーアの法則とはいったい何なのか？

ムーアの法則とは、コンピュータのチップがより速く、よりエネルギー効率が良くなれば、製造コストも安くなる、というものだ。電気工学の分野では代表的な開発法の一つで、数十年の歴史がある。

しかし、いつかはムーアの法則に「終止符」が打たれることになる。数年前から終焉を迎えていると言われていますが、現在の技術情勢ではほぼ間違いなく終焉を迎えつつあります。

確かに、プロセッサは常に高速化し、安価になり、より多くのトランジスタが詰め込まれている。しかし、コンピュータチップが新しくなるたびに、性能向上は以前より小さくなっている。

新しい中央演算処理装置（CPU）は、アーキテクチャや技術仕様が優れている一方で、日常のコンピューティングに関わる活動の改善は縮小し、遅くなっています。

なぜムーアの法則が重要なのか？

ムーアの法則が最終的に "終わる "と、シリコンチップはトランジスタの追加を受け入れられなくなる。つまり、技術をさらに進化させ、次世代のイノベーションを実現するためには、シリコンベースのコンピューティングに代わるものが必要なのです。

リスクとしては、ムーアの法則は代替手段がないため、必然的に滅びてしまうことです。そうなれば、私たちが知っている技術の進歩は、軌道上で消えてしまうかもしれません。

シリコン製コンピューターチップの代替品として期待されるもの

技術の進歩が私たちの世界を形作るように、シリコンベースのコンピューティングは急速にその限界に近づきつつあります。現代の生活は、コンピューターからスマートフォン**、さらにはスイッチのオン・オフが可能な医療機器に至るまで、シリコンベースの半導体チップに支えられている。

ここで重要なのは、シリコンベースのチップそのものがまだ「死んでいない」ということだ。それどころか、ピークをはるかに超えるパフォーマンスを発揮している。しかし、だからといって、それに代わるものを考えるべきではないでしょう。

これからのコンピュータやテクノロジーは、より柔軟でパワフルであることが必要です。そのためには、現在のシリコンベースのコンピューターチップをはるかに凌駕する製品が必要になります。以下の3つの選択肢が考えられます。

1 量子コンピューティング

グーグル、IBM、インテル、そして多くの小規模な新興企業が、最も早い時期に量子コンピュータを発売しようと競い合っています。このコンピュータは、量子物理学の力を借りて、「量子ビット」が提供する想像を絶する処理能力を提供するものです。この量子ビットは、シリコントランジスタよりもはるかに高性能である。

しかし、量子コンピュータの可能性を解き放つには、物理学者たちが乗り越えなければならない多くのハードルがある。そのハードルのひとつが、量子マシンが通常のコンピューターチップよりも特定のタスクに優れており、それゆえ至高であることを証明することである。

2 グラフェン、カーボンナノチューブ

2004年に発見されたグラフェンは、その研究チームがノーベル賞を受賞した画期的な材料である。

非常に強力で、電気や熱を伝え、六角形格子構造で原子1個分の厚みがあり、量も豊富です。しかし、グラフェンが商業的に生産されるようになるには、何年もかかるかもしれない。

グラフェンが抱える最大の問題は、スイッチとして使えないことだ。電流でオン・オフできるシリコン半導体とは異なり、グラフェンでは、0と1でコンピュータを動作させるバイナリコードを生成することができないのだ。

これは、例えば、グラフェンを使ったコンピューターは、決して電源を切ることができないことを意味する。

グラフェンやカーボンナノチューブは、まだ新しい素材です。シリコンを使ったコンピューターチップが何十年も前から開発されているのに対し、グラフェンの発見はまだ14年しか経っていない。将来、グラフェンがシリコンに取って代わるとしたら、まだやるべきことはたくさんある。

とはいえ、理論的にはシリコンベースのチップに代わる最も望ましい選択肢であることは間違いない。折りたたみ式のノートパソコン、超高速のトランジスタ、壊れないもの**などを考えてみてください。グラフェンを使えば、これらすべてが理論的に可能になる。

III.ナノマグネティックロジック

グラフェンと量子コンピュータは有望だが、ナノ磁石も同様だ。ナノ磁石は、ナノ磁気ロジックを用いてデータの伝送や演算を行う。これは、フォトリソグラフィーによって回路のセル構造に固定された双安定な磁化状態を利用することで実現されている。

ナノ磁気ロジックは、シリコンベースのトランジスタと同じ原理で動作するが、トランジスタのオン／オフを切り替えることで2進コードを作成するのではなく、磁化状態を切り替えることで実現する。磁石の北極と南極の相互作用である双極子-双極子相互作用を利用して、この2値情報を処理することができる。

ナノ磁気ロジックは電流に依存しないため、消費電力が非常に少なく、環境への配慮を考えると理想的な代替品と言えます。

シリコンウェーハの交換はどのようなものが多いですか？

量子コンピュータ、グラフェン、磁性ナノロジックは、それぞれ長所と短所を持ちながら、将来性のある技術開発である。

しかし、先行する分野としては、ナノマグネットが挙げられます。グラフェンが直面している量子コンピューティングはまだ理論的・実用的な問題に過ぎないため、ナノ磁気コンピューティングはシリコンベースの回路の後継として最も有望視されている。

しかし、まだまだ道のりは長い。ムーアの法則とシリコンベースのコンピューターチップはまだ関連性があり、それに代わるものを見つけるには何十年もかかるかもしれません。そのころには、何が出ているかは誰にもわかりません。考えられるのは、現在のコンピューターチップを置き換える技術がまだ発見されていないことだ。