기술 “超すごい発明”でノーベル物理学賞を受賞した日本人をあなたは知っていますか？

[お持て成し]

“超すごい発明”でノーベル物理学賞を受賞した日本人をあなたは知っていますか？/ 1/18(日) / ダイヤモンド・オンライン

　量子コンピュータが私たちの未来を変える日は実はすぐそこまで来ている。
そんな今だからこそ、量子コンピュータについて知ることには大きな意味がある。単なる専門技術ではなく、これからの世界を理解し、自らの立場でどう関わるかを考えるための「新しい教養」だ。
『教養としての量子コンピュータ』では、最前線で研究を牽引する大阪大学教授の藤井啓祐氏が、物理学、情報科学、ビジネスの視点から、量子コンピュータをわかりやすく、かつ面白く伝えている。今回はトンネル効果とノーベル物理学賞について抜粋してお届けする。

●　壁を通り抜けられる？

　突然だが、坂に向けてボールを転がすような状況を考えてみよう。

　古典力学的には、ボールの運動エネルギーが坂を登り切るのに充分であれば、坂の頂上に達し向こう側に進むことができる。
一方で、ボールの速度が小さく、坂を登り切るのに充分なエネルギーを持たない場合は戻ってくることになる。

　しかし、量子力学の世界では、粒子は波動関数として空間に広がって存在している。
このため、自分のエネルギーより高い障壁があったとしても、粒子の波動は障壁のなかを貫通し、障壁の向こう側まで波動が到達し、電子は障壁を越えることができる。

　このような現象は「量子トンネル効果」と呼ばれている。

●　トンネルダイオードを発明した日本人

　半導体のデバイスでは、このような状況を伝導体の間に薄い絶縁体を挿入することによって実現できる。
トランジスタの発明後、「これからはエレクトロニクス（電子を制御する）の時代になる」と考え、東京通信工業（現在のソニー）で半導体の研究をはじめたのが江崎玲於奈だ。

　そして1956年に江崎は、絶縁体を通過して電子が流れるという量子トンネル効果をはじめて実証し、この効果を利用したデバイスである「トンネルダイオード（エサキダイオード）」を発明した。

　彼は、同じく量子トンネル効果に関係するデバイスやその理論的な性質を予測した研究者たちとともに、1973年にノーベル物理学賞を受賞している。

●　ノーベル物理学賞がどんどんうまれる

　これらのデバイスは、現在の量子技術にもつながる量子効果デバイスの元祖といってもよいだろう。

　実際、1980年代には超伝導という多数の電子が集団的に運動する物質でできた電気回路においても、ジョン・クラーク、ミシェル・デボレー、そしてジョン・マルチネスらによって量子トンネル効果が観測された。

　この発見は後に日本人研究者によって実現された、量子コンピュータの最も重要な部品「超伝導量子ビット」へとつながり、2025年のノーベル物理学賞は彼らに授与された。

　デボレーは門下生を多数GoogleやIBMの量子コンピュータ開発チームに送り出している。
マルチネスは2014年にチームごとグーグルに移籍し、その後の量子コンピュータ研究を牽引することになる。

　（本稿は『教養としての量子コンピュータ』から一部抜粋・編集したものです。）

藤井啓祐

https://news.yahoo.co.jp/articles/40071164e32e9d8cf85be73235baf5d7ec82fb3d

“超すごい発明”でノーベル物理学賞を受賞した日本人をあなたは知っていますか？（ダイヤ

"굉장한 발명"으로 노벨 물리학상을 수상한 일본인을 당신은 알고 있습니까? / 1/18(일) / 다이아몬드 온라인

양자컴퓨터가 우리의 미래를 바꿀 날은 사실 바로 거기까지 와 있다.
그런 지금이기에 양자컴퓨터에 대해 아는 것에는 큰 의미가 있다. 단순한 전문기술이 아니라 앞으로의 세계를 이해하고 스스로의 입장에서 어떻게 관여할 것인가를 생각하기 위한 새로운 교양이다.

「교양으로서의 양자 컴퓨터」에서는, 최전선에서 연구를 견인하는 오사카 대학 교수 후지이 케이스케 씨가, 물리학, 정보과학, 비즈니스의 시점으로부터, 양자 컴퓨터를 알기 쉽고, 한편 재미있게 전하고 있다. 이번에는 터널효과와 노벨물리학상에 대해 발췌하여 소개한다.

● 벽을 통과할 수 있다?

갑작스럽지만, 언덕을 향해 공을 굴리는 상황을 생각해 보자.

고전역학적으로는 공의 운동에너지가 언덕을 오르기에 충분하면 언덕 꼭대기에 이르러 건너편으로 나아갈 수 있다.
한편 공의 속도가 작아 언덕을 오르기에 충분한 에너지를 갖지 못할 경우 돌아오게 된다.

그러나 양자역학의 세계에서 입자는 파동함수로서 공간에 퍼져 존재하고 있다.
이 때문에 자신의 에너지보다 높은 장벽이 있다고 해도 입자의 파동은 장벽 속을 관통해 장벽 너머까지 파동이 도달하고 전자는 장벽을 넘을 수 있다.

이런 현상은 양자터널 효과로 불린다.

● 터널 다이오드를 발명한 일본인

반도체 디바이스에서는 이러한 상황을 전도체 사이에 얇은 절연체를 삽입함으로써 실현할 수 있다.
트랜지스터의 발명 후, 「이제는 일렉트로닉스(전자를 제어하는)의 시대가 된다」라고 생각해 도쿄 통신공업(현재의 소니)에서 반도체의 연구를 시작한 것이 에사키 레오나(江崎 玲於奈)다.

그리고 1956년 에사키는 절연체를 통과해 전자가 흐른다는 양자 터널 효과를 처음으로 실증했고, 이 효과를 이용한 디바이스인 터널 다이오드(에사키 다이오드)를 발명했다.

그는 역시 양자터널 효과와 관련된 디바이스나 그 이론적 성질을 예측한 연구자들과 함께 1973년 노벨 물리학상을 수상했다.

● 노벨 물리학상이 점점 생겨나다

이러한 디바이스는, 현재의 양자 기술에도 연결되는 양자 효과 디바이스의 원조라고 해도 좋을 것이다.

실제로 1980년대에는 초전도라는 다수의 전자가 집단적으로 운동하는 물질로 된 전기회로에서도 존 클라크, 미셸 데보레, 그리고 존 마르티네스 등에 의해 양자터널 효과가 관측됐다.

이 발견은 후에 일본인 연구자에 의해서 실현된, 양자 컴퓨터의 가장 중요한 부품 「초전도 양자 비트」로 이어져, 2025년의 노벨 물리학상은 그들에게 수여되었다.

데보레는 문하생을 다수 Google이나 IBM의 양자 컴퓨터 개발 팀에 내보내고 있다.
마르티네스는 2014년 팀마다 구글로 이적해 이후 양자컴퓨터 연구를 견인하게 된다.

(본고는 『교양으로서의 양자컴퓨터』에서 일부 발췌·편집한 것입니다.)

후지이 케이스케