コンピューターは基本的に、電子的なゼロと1の形で情報を処理する機械です。しかし、MITの材料科学・工学の教授2人が、その仕組みを変えようとしています。
キャロライン・ロスとジェフリー・ビーチは、 スピントロニクス材料・界面・新規アーキテクチャセンター（C-SPIN）のメンバーです。同センターは、ミネソタ大学が主導するチームで、18大学の教授32人（大学院生および博士研究員は100人超）が参加し、コンピューターを根本から再構築しようとしています。C-SPINの研究者は、電荷ではなく、ナノ磁石上の電子の「スピン」を使ってゼロと1を符号化することを目指しています。成功すれば、2025年のコンピューターは現在の10倍の速さになり、消費エネルギーはわずか1％になる可能性があります。
2013年にC-SPINが始まる前、スピントロニクス研究は米国の学術界のさまざまな場所で行われていました。防衛・産業分野のスポンサーによるコンソーシアムから資金提供を受ける同センターは、ロスやビーチのような研究者が、全米の同僚と指定されたプロジェクトに直接取り組めるよう支援してきました。「C-SPINが集める多様な学生、教員、産業界の研究者を高く評価しています」とロスは語ります。「私はアリゾナ大学、カリフォルニア大学リバーサイド校、ジョンズ・ホプキンズ大学、カーネギーメロン大学、ミネソタ大学、ペンシルベニア州立大学の研究者を含むワークフローに参加しています。センターの資金調整のおかげで、大きく前進しています。」
材料科学・工学科のトヨタ教授であり、同学科の副学科長でもあるロスは、超小型磁気構造をパターン形成する方法を開発しています。また、「スピン」が隣接する磁石や他のデバイスと共有される仕組みを制御する磁性「絶縁体」にも取り組んでいます。こうした磁気構造の一例を右に示します。
材料科学・工学科の1958年卒業生記念准教授であるビーチは、磁気スピンを「切り替える」ために必要な電力を減らす方法を研究しています。つまり、「上向き」の磁石を「下向き」に、またその逆にする方法です。このプロセスは基本的に、ゼロを1に、1をゼロに変えることに相当し、コンピューターはこれを毎秒数十億回行います。彼は最近、低エネルギーでスピンを切り替える新しい方法を発見しました（権威あるNature Materials 誌に掲載され、 こちらのMIT記事で報じられました）。これを受け、C-SPINの同僚研究者たちは新しい理論・実験スピンデバイスの開発に取り組んでいます。
スピン方式のコンピューターが間近に実現するわけではない、とビーチは指摘します。しかし、C-SPINの研究者たちは過去2年間でその目標に大きく近づきました。「ハイブリッド型も可能性の一つです」とビーチは語ります。「2025年に、スピン方式のRAMと一部のスピン方式の処理機能を備えたコンピューターがあっても不思議ではありません。」同センターが過去2年間に達成したことを考えれば、ロス、ビーチらの取り組みが終わる頃には、コンピューティングの世界は大きく変わっているかもしれません。
この記事は MIT Newsとの協力により公開されています。掲載は、世界経済フォーラムによる見解への賛同を意味するものではありません。
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著者：マイク・ロッティはMITにおけるC-SPINのコミュニケーションディレクターです。
画像：2013年6月24日、ワルシャワのオフィスで、ノートパソコンを持つ男性にバイナリーコードが投影されている様子を描いたイラスト。ロイター／カツペル・ペンペル。
