科学技術「光子力・コンピューター」

【光子コンピューター】

未来のコンピューターは、電子ではなく、光子が使われます。

次世代のコンピューターとしては、量子コンピュータ話題になっています。

確かに、量子コンピューターの方が性能が高いです。

でも開発は、困難を極め、なかなか進歩していません。

光子コンピューターは、量子コンピューターより性能が劣ります。

それでも、今のコンピューターより、桁違いの性能を発揮できます。

Colloidal diamond

【結果オーライ】

実は、電子の代わりに光子を使う研究は、大昔からされていました。

それは、電子より優れた特徴を持っていたからです。

なぜ優れている理由は、まだ解明されていませんが、結果優れています。

電子には電荷があり、静止質量があるのは何故？。

光子は、静止質量が無いのに、波動、量子、の性質があるのは何故？。

ド・ブロイ波の正体は何？。

波動係数は確認できるが、それが出ている本体はどこ？。

実は、ありとあらゆる事が謎だらけの物理学なのです。

【無抵抗】

とりあえず、電子は質量があり、光子は質量がない事になっています。

光子は、電気的に見ると中性になります。

光子の中性と言うのは、外部からの影響で進む方向を変えられない事です。

電子は、外部の影響で、すぐに方向が変わり、どっかに行っちゃいます。

つまり光子の方が、安定して信号を送れると言う事です。

しかも、中性でありながら指向性もあります。

指向性とは、進む方向によってエネルギー量が違うと言う事です。

【1方向の道】

ここまで、電子回路に送る信号に適していたのに、実用化が困難でした。

訳は、光子がまっすぐしか進まないのが原因です。

そして、その光子を曲げる技術が難しかったからです。

なら「鏡で反射させれば良いじゃん！」となります。

でも、その鏡の小ささの桁が違います。

近年の電子機器の製造プロセスは、最小で3ナノメートルに達しました。

遺伝子の大きさが、2ナノメートルなので、とてつもない小ささです。

TSMC Ramps Up 3 nm Node Production

【超極小鏡】

3ナノメートルの部品の中に、不安定な電子を通さないとなりません。

でも電子は、外部の抵抗を簡単に受け、すぐ何処かに行っちゃいます。

こんな電子を、安定させて3ナノメートルに通すなんて、困難を極めます。

しかし光子は、外部からの抵抗を全く受けずに安定して直進します。

この点が光子の方が、電子より遥かに優秀なのです。

でも、回路に光子を通すなら曲げなくてはなりません。

その曲げる為に必要なのが、超極小の鏡なのです。

なんと、その鏡がやっと開発されました。

【革新的技術】

光子を反射させて信号を送る物は、光ファイバーと言う物のがありました。

でもこれに使われている鏡は、大きすぎて回路に収まりません。

今回開発された鏡は、光ファイバーよりもはるかに小さい物です。

この小さい鏡は、フォトニック結晶と言う物から出来ています。

フォトニック結晶は、特定の波長の光のみ、反射させる性質があります。

これが、極小の回路へ組み込む事が可能なのです。

ちなみに、フォトニック結晶の別名は「オパール」です。

【自動合体】

今まで、フォトニック結晶の加工は、もの凄く難しい事でした。

この事が、光コンピューター開発の大きな壁になっていました。

それを可能にしたのが、ニューヨーク大学の研究者たちです。

製造方法は、フォトニック結晶が、勝手に組み上がる方法です。

これを「自己組織化」と言います。

【光の反射板コロイド】

フォトニック結晶を作るには、まず「コロイド」と言うのを作ります。

コロイドとは、プラスチック粒子の塊です。

このコロイドは、4つのプラスチック粒子で構成されます。

こうして作れらたコロイドは、ピラミッド型になります

このコロイドを、2個繋げてダイヤモンド型の格子構造にします。

こうしてできた物が、フォトニック結晶です。

コロイド自体、光を反射させる優れた能力を持っています。

それは、コロイドの粒子設計を変えれば、広い波長の光を反射出来るから。

しかも、コントロールする事が可能です。

【油とNDA ?!】

今までは、コロイドをダイヤモンド型に出来ませんでした。

その半分の、ピラミッド型なら可能でした。

しかし、このピラミッド型を2つくっ付けてダイヤモンド型に出来ました。

作り方は、以下の様になります。

（１）油滴で4つのプラスチック粒子を固めて、コロイドにする。

（２）その油滴を、コロイドの表面に押し上げます。

（３）押し上げられた油滴表面に「DNA」つけて接着剤代わりにします。

（４）DNAが、他のDNAと引き合いコロイドが合体します。

【不思議な接着剤】

これで2つのピラミッド型粒子が1つになり、ダイヤモンド型になります。

こうしてフォトニック結晶が出来上がります。

でも不思議なのが、何でDNAを接着剤代わりにしたのか？

何でDNAは、お互い引きあうのか？

この点が、凄く疑問です。

【超巨大ミラー】

人間のDVAは、2本です。

でも今回使われたDNAは、1本のDNAです。

1本のDNAは、構造的に不安定な為、2本になろうとします。

この性質を利用して、接着剤代わりにしました。

こうして、ピラミッド型のコロイドが、自動で他のコロイドとつきます。

そして、ダイヤモンド型の「フォトニック結晶」になります。

更にフォトニック結晶は、他のフォトニック結晶とも自動でくっつきます。

そうすると、巨大な鏡が完成します。

【光の道】

完成したフォトニック結晶は、保護酸化物とかでコーティングします。

そして、フォトニック結晶の集合体に、部分的な隙間を開けます。

こうして、光が通る道を作ります。

フォトニック結晶の集合体の道は、電子回路の部分に当たります。

こうして光子回路が完成します。

光子回路の完成により、光コンピューターの実現が濃厚になりました。

近い将来スグにでも、光子コンピューターが誕生するでしょう。