日本東京大學等組成的研究團隊，開發出了一種可將電脳等設備所用半導體晶片的資訊處理速度提升1000倍的元件，且該元件不易發熱，有助於降低功耗。研究團隊力爭在2030年前開發出實用的試砂心片。相關研究成果已發表在美國科學期刊《Science》上。
圖1 新技術利用量子力學特性，將電信號資訊轉換為微小磁力進行記錄（供圖：東京大學中辻知教授）
電脳利用以電流的有無來表示「0」和「1」的位元進行計算。電流由微型元件電晶體控制。雖然位元的控制速度對於高速運算至關重要，但此前一直存在一旦超過一定的處理速度，所需電力會急劇攀升，從而產生熱量的課題。現有技術的處理速度在2000年代已達到極限。
此次新開發的「非易失量子開關元件」不使用電流，而是利用電子所具備的磁性（自旋）來表示位元。實驗中，處理1位元資訊僅需40皮秒（皮秒為萬億分之一秒），時間之短僅為以往的千分之一。而現有技術即使再快，記錄1位元資訊也需要約1奈秒（奈秒為十億分之一秒）。
該元件由鉭和錳錫兩種材料構成。施加於鉭的電流信號，最終會以微小磁力方向資訊的形式被記錄在錳錫中。該方向即代表位元。
該元件不易發熱，實驗中即使重複處理資訊超過1000億次，仍能穩定運行。如果以現有技術實現同樣的處理速度，大約運行1000至100萬次便會因發熱而出現故障。
由於新技術利用磁性保存資訊，因此也可應用於非揮發性記憶體。中辻教授解釋稱：「該技術幾乎不消耗能源即可記錄資訊。」
隨著人工智慧（AI）等的普及，需要處理的資訊量不斷增加，電力需求也隨之攀升。據國際能源署（IEA）預測，受AI普及影響，全球數據中心的電力需求到2030年將擴大至945太瓦時（太為萬億）。該數字將較2024年增長一倍以上，超過日本的總電力消耗。
在此背景下，近年來NTT等企業正致力於開發以光傳輸資訊為架構的「光電融合」技術。使用光傳輸資訊比使用電信號更快。但以往，電子電路一側的處理或保存資訊的速度較慢，難以應對高速通信。
在東京大學等的實驗中，將光通信資訊轉換為電脈衝並向新元件發送信號後，成功在60皮秒內寫入了1位元資訊。
研究還發現，該元件具有尺寸越小性能越優異的趨勢。如果能投入實用，資訊處理所消耗的電力有望降至現有水平的百分之一。研究團隊計劃到2030年之前開發出試砂心片。
晶片的試製和製造離不開與企業的合作，中辻教授表示：「希望開展全球合作，以實現實用化。」
原文：《日本經濟新聞》、2026/5/26
翻譯：JST客觀日本編輯部
【論文資訊】
期刊：Science
論文：Picosecond ultralow-power switching device based on an antiferromagnet
DOI：10.1126/science.adt3136
