原子サイズのトランジスタが量子コンピュータの実現を予言、科学者らが主張

科学者たちは、原子レベルに近い精度で単一のリン原子から初めてトランジスタを作成したと発表しており、これによりプロセッサの開発は少なくとも2020年まではムーアの法則に沿ったものとなり、現在のデバイスよりも大幅に高速にデータを処理する汎用量子コンピュータの可能性がもたらされる。

このトランジスタを開発するために、オーストラリアのニューサウスウェールズ大学の科学者たちは、走査トンネル顕微鏡（STM）を用いて、超高真空チャンバー内の結晶表面の原子を操作しました。そして、新たに作製されたトランジスタは、反応しない水素層で覆われ、シリコンで覆われました。

研究者によると、原子サイズの微小トランジスタはこれまでにも作製されてきたが、その多くは偶然に作られたものだったという。「基板上の単一原子をこれほど精密な精度で制御できたのは、今回が初めてです」と、ニューサウスウェールズ大学ARC量子計算・通信技術センターのグループリーダー兼所長であるミシェル・シモンズ教授は述べている。

ムーアの法則が支持される

インテルの共同創業者であるゴードン・ムーアが初めて提唱したムーアの法則によれば、マイクロチップの主要構成要素であるトランジスタの数は、チップに搭載できる数が約24ヶ月ごとに倍増する。ムーアの法則に追いつくには、2020年までにトランジスタは原子レベルに到達しなければならない。

研究者らによる原子トランジスタの初期研究が、製造に利用可能なモデルへと発展するまでにどれくらいの時間がかかるのかは不明だ。ネイチャー・ナノテクノロジー誌に掲載された研究論文によると、この原子サイズのトランジスタの現状の課題の一つは、極めて低い「液体ヘリウム温度」で動作することだ。液体ヘリウムの沸点は華氏マイナス450度（摂氏マイナス200度）付近である。

量子飛躍

単一原子トランジスタは、量子コンピュータの時代を先取りする可能性も秘めています。量子コンピュータは、現在のコンピュータよりもはるかに高速で小型のデバイスとなるでしょう。量子コンピュータは、1と0の2つの状態を持つ2進ビットではなく、1と0の両方の状態を同時に持つ量子ビット（キュービット）を使用します。実用的な利点として、量子トランジスタは、現在のトランジスタのように一度に1つの演算しか実行できないのに対し、複数の演算を同時に実行できます。量子粒子の奇妙な挙動を理由に、汎用量子コンピュータの実現自体が不可能だと考える科学者もいます。

この最新の発見に先立ち、2009年にフィンランドとニューサウスウェールズ大学の研究者らが単一原子トランジスタの実現に成功しました。オーストラリアの物理学部は近年、ナノテクノロジーの最前線に立っています。2010年には、同大学は量子ドットを用いたトランジスタを開発しました。このトランジスタは、現在のコンピュータチップに使用されている従来のトランジスタの10分の1の大きさです。