ナノテクノロジーが情報通信技術をどう変革するか

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情報通信技術は、高いイノベーション率を持つ重要で急速に成長している産業分野です。従来のエレクトロニクスからナノテクノロジーエレクトロニクスへの移行によって、莫大な進歩が達成されました。ナノテクノロジーは情報通信技術に甚大な変化をもたらしました。

ブレークスルー領域

ナノテクノロジーによる情報通信技術のブレークスルーは2段階で起こり得ます。第一段階はトップダウンの微細化アプローチで、従来の微細構造をナノテクノロジーの境界へと導きます。第二段階は、より長期的には、自己組織化プロセスなどの技術を用いて回路とシステムを組み立てるボトムアップのナノエレクトロニクスとナノシステムエンジニアリングが出現します。

開発動向

超高集積（オプト）エレクトロニクスと強力なワイヤレス技術の低価格大量生産、超微細化、革新的センサーの設計、安価で強力なポリトロニック回路の製造、将来のDNAコンピューティング（生化学プロセスへのインターフェース）と量子コンピューティング（古典的アルゴリズムでは効率的に解けない問題を解決）のためのナノテクノロジーを用いた新しいシステムアーキテクチャ。ナノエレクトロニクスコンポーネントの発展により、軍事・インテリジェンス用途の量子暗号が出現しています。

メモリストレージ

ナノテクノロジー登場前のメモリストレージはトランジスタに依存していましたが、現在は少ないスペースに大量データを格納するために再構成可能なアレイが形成されています。例えば、近い将来、磁気RAMと共鳴トンネル素子が論理回路に導入されることが期待されます。メモリストレージデバイスのあらゆる単一ナノビットが情報格納に使用されます。カーボンナノチューブや有機高分子に基づく分子エレクトロニクスが使用されるでしょう。

半導体

ナノ増幅とチップ埋め込みは、電流を維持・中和できる半導体デバイスの構築に使用されます。集積ナノ回路はシリコンチップに使用され、プロセッサのサイズを縮小します。中期的に成功が期待されるアプローチには、例えば高速単一磁束量子（RSFQ）ロジックや単一電子トランジスタなどがあります。

ディスプレイとオーディオデバイス

ナノテクノロジーの助けにより、ディスプレイデバイスの画質と解像度が向上しました。これらのデバイスのナノピクセル化により、映像がリアルに感じられます。同様に、オーディオデバイスの周波数変調が信号の10億分の1ビットまでデジタル化されています。

データ処理と伝送

データ処理と伝送の分野では、電子、光、光電子コンポーネントの開発が製造技術分野でのより低コストまたはより精密なプロセスにつながると期待されています。現在主流のCMOS技術用に、量子ドットとカーボンナノチューブを用いたナノスケール論理・記憶コンポーネントが開発されています。フォトニック結晶は、光のみに基づく将来の情報処理（フォトニクス）の基盤として純粋な光学回路に使用される可能性があります。分子エレクトロニクスでは、ナノテクノロジーを用いて原子レベルで新しい特性を持つ電子部品を組み立てられ、潜在的な高充填密度などの利点があります。量子力学的効果、新しいアーキテクチャ、DNAコンピューティングと呼ばれる新しい生化学コンピューティング概念に基づく、より小さく、速く、優れたコンポーネントがナノテクノロジーで可能になります。「量子ミラージュ」効果と呼ばれる新現象は、ワイヤーを使用するには小さすぎる将来のナノスケール電子回路内でのデータ転送を可能にするかもしれません。

将来のナノテクノロジー領域

ナノテクノロジーは次の産業革命であり、通信業界は将来的にそれによって根本的に変革されるでしょう。ナノテクノロジーは通信、コンピューティング、ネットワーク業界に革命をもたらしました。新興イノベーション技術は：

• 新規な光学的、電気的、磁気的特性を持つナノ材料
• より高速・小型の非シリコンベースチップセット、メモリ、プロセッサ
• 量子コンピューティングベースの新科学コンピュータ
• 高度な顕微鏡と製造システム
• より高速・小型の通信スイッチ（光スイッチ含む）
• プラズモニクスなどの量子レベル現象に基づく高速伝送現象
• ナノスケールMEMS：マイクロ電気機械システム