世界初量子プロセッサー 量子コンピュータの黎明期が… 当たり前過ぎて意識しなくなっていること
真空管からトランジスターへの時代を、子どもながら楽しませて頂いた世代です。私の子どもなりの理解は、真空管もトランジスターも水栓。蛇口を小さな力でひねるとそれに応じてチョロチョロから大量迄自在に水を操ることができるのと同じ。
一応人工知能Geminiに真空管とトランジスターを説明して貰いますね。
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真空管の原理
AI による概要
真空管は、ガラスや金属などの容器内に電極を封入し、真空に近い状態にして電子を放出させることで、増幅や検波、整流、発振、変調などの機能を実現する電子管です。
【真空管の原理】
陰極（電子を放出する電極）をヒーターやフィラメントで高温に加熱する
陰極表面から電子が放出される（熱電子放射現象）
放出された電子を電界や磁界で制御する
電子を制御することで、増幅、検波、整流、発振、変調などの機能を実現する
【真空管の種類】
2極管：フィラメントの近くに金属板（プレート）を置き、そこにプラスの電圧をかける
3極管：金属板とフィラメントの間に格子（グリッド）状の電極を置き、そこに電子と同じマイナスの電圧をかける
【真空管の用途】ラジオ、通信機器、初期のコンピュータ、テレビ、 レーダーシステム。
真空管は、トランジスタが登場する以前、電子部品の花形として広く使われていました。
真空管 - Wikipedia
概要 構造としては、一般的にガラスや金属あるいはセラミックスなどで作られた容器内部に複数の電極を配置し、容器内部を真空もしくは低圧とし、少量の貴ガスや水銀などを入れた構造を持つ。 ...
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トランジスターの原理
AI による概要
トランジスタは、現代の電子機器に不可欠な半導体デバイスであり、主に以下の2つの重要な機能を果たします。
* 増幅作用: 微弱な電気信号を増幅し、より大きな信号として出力します。
* スイッチング作用: 電気信号の流れを制御し、回路のオン/オフを切り替えます。
これらの機能は、トランジスタ内部の半導体の特性によって実現されます。
トランジスタの基本原理
トランジスタは、主に以下の3つの層から構成されています。
* n型半導体（電子が多い）
* p型半導体（正孔が多い）
* n型またはp型半導体（種類によって異なる）
これらの層の組み合わせ方によって、npn型トランジスタとpnp型トランジスタの2種類が存在します。
トランジスタの動作原理は、これらの半導体層の接合部分に形成される「空乏層」と呼ばれる領域の制御に基づいています。
* 空乏層の制御:
* トランジスタの電極に電圧を加えることで、空乏層の幅を変化させることができます。
* 空乏層が狭まると、電流が流れやすくなり、広くなると電流が流れにくくなります。
* 電流の制御:
* トランジスタのベースと呼ばれる電極に微弱な電流を流すことで、コレクタ-エミッタ間の大きな電流を制御できます。
* これにより、微弱な信号を増幅したり、回路のオン/オフを切り替えたりすることが可能になります。
トランジスタの種類
トランジスタには、主に以下の2つの種類があります。
* バイポーラトランジスタ:
* npn型とpnp型の2種類があり、電流増幅率が高いのが特徴です。
* 主に、増幅回路やスイッチング回路に使用されます。
* 電界効果トランジスタ（FET）:
* MOSFET（金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ）が代表的で、消費電力が低いのが特徴です。
* 主に、デジタル回路や集積回路に使用されます。
トランジスタの応用
トランジスタは、現代の電子機器において非常に幅広い用途で使用されています。
* コンピュータ、スマートフォン、テレビなどのデジタル機器
* オーディオ機器、通信機器などのアナログ機器
* 自動車、医療機器、産業機器などの様々な分野
トランジスタの発展は、電子機器の小型化、高性能化、低消費電力化に大きく貢献しており、現代社会を支える重要な技術の一つとなっています。
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ゲルマニウムラジオからSONY TA-3120Fが買えなくて
自作したオーディオパワーアンプ迄基礎から実践迄やり尽くしました。
当時のトランジスターはmmの世界。直ぐにIC(Integrated Circuit 集積回路)となりμmの世界に。そこから更に集積度を極限迄上げ、今やnmの世界へ。
nm最先端半導体プロセスについてもGeminiさんに説明して貰いますね。
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AI による概要
最先端の半導体プロセスには、2nmプロセスやGAA（Gate All Around）などの技術があります。
【2nmプロセス】
ウイルスよりも小さく、DNAの直径がほぼ2nmという微細なサイズです
2021年に米IBM社が試作に成功しており、日本企業も製品化を目指しています
【GAA（Gate All Around）】
チャネルを極めて薄いナノシートで作り、その四方を取り囲むようにゲート電極を形成する技術です
チャネルを3次元的に縦積みすることで、さらなる小型化を可能にしています
【最先端半導体プロセス開発の動向】
TSMCは、2nm世代のプロセス「N2」の準備が順調に進んでおり、2025年下期に生産開始予定だとしています
インテルは、2027年ごろに1.4nm世代の半導体プロセスに突入するとしています
日本では、新会社RapidusがIBMと協力して、2nmプロセス半導体開発に取り組んでいます
最先端の半導体は、回路が細かい方が高性能であり、おもにスーパーコンピューターや人工知能
（AI）向けに活用できます。
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宇宙の話でスケール感の話題をしましたが、
本編では、微細化方向のスケール感です。
閑話
スケール感に伴った測定技術と云うのがとてもその進歩には重要です。そもそも測定出来なければ、正に暗中模索。丁度私が社会人になって、界面解析研究室と云う部署で仕事を始めた頃、nmの測定手法として透過型電子顕微鏡と云う物がありました。大学生時代、研究室には超高真空を誇る電子顕微鏡が有って、表面物理学の分野で活躍していました。私自身は構造ではなく表面の電子状態を研究していたので、まぁ同じ研究室の仲間がいじっていたと云う感じ。その構造分析の世界で、nmのもう一桁微細な原子レベルでの構造解析手法として走査型トンネル顕微鏡と云う物が実用化され始めて居ました。
ざっくり云えば細い針を器用に精密に動かして表面を電気的に観察するとと云う代物。余りの単純にして大胆な手法に驚きを禁じ得なかった記憶が有ります。
この大学生以来のnmの世界の界隈測定技術を駆使した研究が今、40有余年を経て実用化としての果実を収穫し始めていると云う…
此処にえもいわれぬ感動を…
その源が此方。
世界初量子プロセッサーの発表が有りました。
量子コンピュータの黎明期にピリオドが打たれると感じています。
巻頭の真空管からトランジスターへと云う流れ
閑話
トランジスタの語源は、以下の通りです。
* 「transfer（伝達）」と「resistor（抵抗）」を組み合わせた造語
* トランジスタは、電気信号を「伝達」し、電流の流れを「抵抗」によって制御する役割を持つことから、この2つの単語が組み合わされました。
* より詳細な由来
* トランジスタは、ベル研究所で開発されました。
* 開発当時、研究者のジョン・R・ピアースが、キャリアの注入でエミッターからコレクターへ電荷が移動する電流駆動型デバイスが入力と出力の間の転送（transfer）する抵抗（resistor）であることから、「trans-sistor」としたことに由来しています。
トランジスタは、電子回路において信号の増幅やスイッチングを行う重要な半導体素子であり、現代の電子機器に欠かせない
部品です。
閑話休題
これの次が、今晩緒に就いた
トランジスターから量子プロセッサーへと
云う流れ。
社会人としての人生の始まりと終わりで、曲がりなりにも
基礎研究から実用化へ
と云う流れをインサイダーとして楽しめた事に今感謝しています。