日本东京大学等组成的研究团队，开发出了一种可将计算机等设备所用半导体芯片的信息处理速度提升1000倍的元件，且该元件不易发热，有助于降低功耗。研究团队力争在2030年前开发出实用的试制芯片。相关研究成果已发表在美国科学期刊《Science》上。
图1 新技术利用量子力学特性，将电信号信息转换为微小磁力进行记录（供图：东京大学中辻知教授）
计算机利用以电流的有无来表示“0”和“1”的比特进行计算。电流由微型元件晶体管控制。虽然比特的控制速度对于高速运算至关重要，但此前一直存在一旦超过一定的处理速度，所需电力会急剧攀升，从而产生热量的课题。现有技术的处理速度在2000年代已达到极限。
此次新开发的“非易失量子开关元件”不使用电流，而是利用电子所具备的磁性（自旋）来表示比特。实验中，处理1比特信息仅需40皮秒（皮秒为万亿分之一秒），时间之短仅为以往的千分之一。而现有技术即使再快，记录1比特信息也需要约1纳秒（纳秒为十亿分之一秒）。
该元件由钽和锰锡两种材料构成。施加于钽的电流信号，最终会以微小磁力方向信息的形式被记录在锰锡中。该方向即代表比特。
该元件不易发热，实验中即使重复处理信息超过1000亿次，仍能稳定运行。如果以现有技术实现同样的处理速度，大约运行1000至100万次便会因发热而出现故障。
由于新技术利用磁性保存信息，因此也可应用于非易失性存储器。中辻教授解释称：“该技术几乎不消耗能源即可记录信息。”
随着人工智能（AI）等的普及，需要处理的信息量不断增加，电力需求也随之攀升。据国际能源署（IEA）预测，受AI普及影响，全球数据中心的电力需求到2030年将扩大至945太瓦时（太为万亿）。该数字将较2024年增长一倍以上，超过日本的总电力消耗。
在此背景下，近年来NTT等企业正致力于开发以光传输信息为架构的“光电融合”技术。使用光传输信息比使用电信号更快。但以往，电子电路一侧的处理或保存信息的速度较慢，难以应对高速通信。
在东京大学等的实验中，将光通信信息转换为电脉冲并向新元件发送信号后，成功在60皮秒内写入了1比特信息。
研究还发现，该元件具有尺寸越小性能越优异的趋势。如果能投入实用，信息处理所消耗的电力有望降至现有水平的百分之一。研究团队计划到2030年之前开发出试制芯片。
芯片的试制和制造离不开与企业的合作，中辻教授表示：“希望开展全球合作，以实现实用化。”
原文：《日本经济新闻》、2026/5/26
翻译：JST客观日本编辑部
【论文信息】
期刊：Science
论文：Picosecond ultralow-power switching device based on an antiferromagnet
DOI：10.1126/science.adt3136
