現代のプロセッサーは、意外なほど多くのエネルギーを計算ではなく、データをある場所から別の場所へ動かすことに使っています。AIモデルが大きくなるにつれ、このコストはデータセンターにとって深刻な問題になっています。2026年の2つの成果は同じ解決策を指しています。コンピューター内部で情報を運ぶのに、電気ではなく光を使うことです[1][2]。
データを動かすとなぜエネルギーがかかるのか
GCSE基礎
チップの中では、データは細い銅線を電気信号として移動します。どの導線にも抵抗があるので、信号のエネルギーの一部は熱として導線に移ります（P = I²R）。信号が速いほど悪化し、その熱はすべてファンや冷却装置で取り除かなければならず、さらにエネルギーを使います。DTUのチームの言葉では、データ伝送に電気を使うことは「速度を制限し、熱を生む」のです[1]。
銅線の中の電子は熱としてエネルギーを失い、光導波路の中の光子はほとんど損失なく進みます。難しいのは、何千個もチップに載せられるほど小さく効率的なレーザーをつくることです。模式図です。
光はすでにインターネットを動かしている
あなたは毎日、光によるデータ伝送を使っています。光ファイバーのブロードバンドやデータセンター間の回線は、情報を光のパルスとして運び、全反射によって光をガラス繊維の中に閉じ込めています。光はごくわずかな損失で膨大なデータを運べます。課題は、光源とスイッチをチップの大きさまで小さくすることです。
成果1：大きさの限界を破るナノレーザー
A-Level発展
ふつうのレーザー共振器は、発する光の波長よりずっと小さくするのが難しいものです。2026年2月、デンマーク工科大学（DTU）のイェスパー・モルク氏のグループは、ナノ共振器が光子と電子をきわめて小さな領域に集中させるナノレーザーをScience Advancesで報告しました。モルク氏によれば、これは「レーザーをどこまで小さくできるかという従来の限界を破る」ものです[1]。室温でごくわずかな電力で動き、原理的には1つのチップに何千個も載せられます[1]。モルク氏は、ナノレーザーでコンピューターの消費エネルギーを半分にできると見積もっています[1]。
成果2：半分は光、半分は物質
光はデータを運ぶのに最適ですが、光子どうしはほとんど相互作用しないので、光でほかの光を切り替えること、つまりあらゆる論理の基本が難しいのです。2026年5月、ペンシルベニア大学のボー・ジェン氏のグループは、励起子ポラリトンを使ってこれを回避する方法をPhysical Review Lettersで報告しました。原子レベルに薄い半導体の中で光子が電子と強く結合してできる混成粒子です[2]。光の速さと物質の相互作用の力を兼ね備え、電気信号への変換と逆変換を繰り返さずに光信号を切り替えられます[2]。切り替えに必要なエネルギーは約4000兆分の1ジュール（4 × 10⁻¹⁵ J）でした[2]。
クイックチェック
チップ内の銅の接続はなぜエネルギーを無駄にするのですか？
学習者が見落としがちな違い
推定は測定ではありません。
試験形式の問題
チップ内のある導線の抵抗は2.0 Ωで、0.010 Aの電流が流れています。熱として移る電力を計算し、こうした接続を光の接続に置き換える利点を1つ挙げなさい。 [3点]
模範解答と採点基準を表示
- P = I²R = (0.010)² × 2.0 (1点)
- P = 2.0 × 10⁻⁴ W (1点)
- 光の接続は熱として失うエネルギーがとても少ない／より高い速度でデータを運べる／必要な冷却が減る (1点)
採点者が重視する点: 正しい式を選び電流を2乗すること、そのうえで明確で具体的な利点を1つ。
よくある間違い: P = IR（正しくない式）を使うこと、または電流を2乗し忘れること。
データ伝送、プロセッサー、エネルギー効率は、GCSEとA-Levelのコンピューターサイエンス全体に出てきます。ネットワークについてはWi-FiとEthernetの比較を、ソフトウェアでも効率が大切な理由はビッグO記法の解説をご覧ください。
出典とさらに詳しく学ぶために
- DTU: Microscopic laser can halve a computer's energy use (Feb 2026) — Science Advances、モルク、大きさの限界、推定、5〜10年
- ScienceDaily: This breakthrough uses light-matter particles to power AI (May 2026) — Penn、Physical Review Letters、励起子ポラリトン、4 × 10⁻¹⁵ J
- ScienceDaily: Tiny nanolaser could cut computer energy use in half (Sep 2026) — 追加の報道
最終確認日:2026年10月5日。数値は一般に公表されている典型的な値であり、規則は変わる可能性があります。試験の表現は各試験仕様(specification)によって異なるため、ご自身のものを確認してください。
よくある質問
なぜコンピューターは電気の代わりに光を使うのですか？
銅線でデータを動かすと、抵抗のためにエネルギーが熱として失われ、データ速度が上がるほど悪化します。小さな光導波路を進む光は途中でほとんどエネルギーを失わず、データをとても速く運べ、チップを同じようには温めません。光はすでに光ファイバーでデータセンター間のデータを運んでいます。目標は、それをチップそのものに持ち込むことです。
DTUのナノレーザーは何を達成したのですか？
イェスパー・モルク氏率いるデンマーク工科大学の研究者が、Science Advances（2026年2月）で、光と電子をきわめて小さな領域に閉じ込めて、レーザーをどこまで小さくできるかという従来の限界を破り、室温でごくわずかな電力で動くナノレーザーを報告しました。モルク氏はこうしたレーザーでコンピューターの消費電力を半分にできると見積もっていますが、これは推定で、測定結果ではありません。
励起子ポラリトンとは何ですか？
半導体の中で光子が励起子（結びついた電子と正孔の対）と強く結合してできる、光と物質の混ざったものです。ペンシルベニア大学の研究者は、Physical Review Letters（2026年5月）で、原子レベルに薄い半導体中のこうした粒子が、約4000兆分の1ジュールで光信号を切り替えられると報告しました。
光で動くコンピューターはいつ実現しますか？
完全なものはすぐではありません。DTUのナノレーザーはまだ電気ではなく光で駆動する必要があり、チームはこれを次の大きな課題と呼んでいます。残る技術的な問題の解決には5〜10年かかると見積もられています。ペンシルベニア大学の研究も研究段階です。
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著者について
Sudershan Soni
Mostak Servicesの創業者兼主任講師 — 数学・理科・情報科学・STEMの修士号を持つ講師であり、20年以上のプロフェッショナルとしての経験を持ちます。11+やGCSEからA-Levelおよびそれ以降まで、世界中の生徒をオンラインで指導しています。
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