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2025.11.26 21:00
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OMUXΩ∞KUT-ASI
JUNKI KANAMORI
光で計算するってどういうこと？ ― コンピュータの未来を変える「光計算」の不思議な世界
導入：計算すると、なぜ熱くなるんだろう？
皆さんも、スマートフォンでゲームを長時間プレイしたり、ノートパソコンで複雑な作業をしたりした後に、本体がじんわりと熱くなっているのを感じたことがあるでしょう。「バッテリーの減りが早いな」と感じることもありますよね。
この「熱」の正体、それはコンピュータの心臓部である電子回路の中を、電気が流れるときに生まれる「抵抗」が原因です。小さな回路の中を無数の電子たちが駆け巡る際、どうしても摩擦熱のようなものが発生してしまうのです。
では、もしも、熱くならず、バッテリーもほとんど消費せず、まるで魔法のように一瞬で計算が終わる方法があるとしたら、どうでしょう？
実は、そんな夢のような技術が、今まさに現実のものになろうとしています。それが本稿のテーマである**「光計算（Optical Computing）」**です。この技術は、現代のAI（人工知能）が直面している「もっと賢くなりたいけれど、そのためには専用の発電所が必要になる」という異常事態、つまり「エネルギーの壁」を打ち破る、未来の鍵を握っているのです。
その魔法の正体を知るために、まずは今までのコンピュータがどうやって計算しているのか、その仕組みから見ていきましょう。
1. 今までの計算：電気による「積み重ね」の世界
現在のコンピュータや、AIの計算を専門に行うTPU・GPUといったチップは、基本的に「膨大な数の『掛け算』と『足し算』を、ものすごい速さで順番に繰り返す」という方法で答えを導き出しています。AIが画像認識をしたり、文章を生成したりする頭脳労働の正体は、この地道な計算の繰り返しなのです。
これは、問題を一つひとつ、驚異的なスピードで順番に解いていく、非常に真面目な優等生のようなやり方です。電気の流れをON/OFFすることで「0」と「1」のデジタル信号を作り、それを組み合わせて計算を実行します。
しかし、この方法には物理的な限界が訪れつつあります。電子の移動には**「抵抗による発熱」と「配線による遅延」**という、逃れられない物理的な制約が伴います。回路を細かくすればするほど、熱がこもりやすくなり、信号が届くのにも時間がかかるようになってしまうのです。
では、光を使った計算は、この「積み重ね」の世界とどう違うのでしょうか。そこには、全く新しい発想の転換がありました。
2. 光の計算：答えが「現れる」世界
2.1. 計算ではなく「物理現象」そのものを利用する
光計算の最も重要で、そして最も不思議なコンセプトは、「問題を計算して解く（Simulation）」のではなく、「物理現象そのものとして答えが現れる（Emulation）」という点にあります。
これは、料理に例えるなら、レシピを見ながら一つひとつ手順を踏んでいく（デジタル計算）のではなく、材料を混ぜ合わせたら化学反応で勝手に美味しい料理が出来上がった（光計算）、というような違いです。
この考え方の違いを、下の表で比べてみましょう。
デジタル計算（電気）光計算（光）
考え方計算問題を解く（Simulation）
プロセス膨大な足し算・掛け算の繰り返し
2.2. 光の「旅」が「計算」になる仕組み
では、具体的に光はどのようにして「計算」を行うのでしょうか。AIの頭脳労働の核心である**「行列乗算」**という計算を例に、「光の旅」という物語で見ていきましょう。
1. 旅の始まり：情報を光の波に翻訳 まず、AIに入力される質問やデータ（例えば「猫の画像」）は、**光の波の形（振幅や位相）**という言葉に翻訳されます。波の高さやタイミングを調整することで、複雑な情報を表現するのです。
2. 旅の舞台：光の迷路（光回路） 次に、この情報を持った光は、AIの計算ルール（専門的には「重み行列」と呼ばれます）が物理的に組み込まれた、特殊な光回路へと旅立ちます。これはまるで、あらかじめ答えへの道筋が設計された「光の迷路」のようなものです。
3. 迷路の仕掛け：掛け算と方向転換 光がこの迷路を進むと、様々な仕掛けに出会います。ある場所では**「光減衰器（Attenuator）」というフィルターを通り、光の強さが弱められます。これが、まさに行列乗算における「掛け算」**に相当します。また、ある場所では光の進む方向が変えられます。
4. 旅の終わり：合流地点へ 迷路の中に張り巡らされた無数のルートを同時に進んできた光たちは、旅の最後に、ある一つの場所で合流します。ここで、物理学の最も美しい魔法が起こるのです。
2.3. 「足し算」の魔法：光の「干渉」
光計算の核心とも言える「足し算」は、**「光の干渉」**という物理現象によって行われます。
皆さんも、静かな池に石を2つ投げ込むと、それぞれの場所から波紋が広がり、やがて2つの波紋が重なり合う様子を見たことがあるでしょう。波の山と山が重なればさらに高い波になり（強め合い）、山と谷が重なれば波が消えてしまいます（打ち消し合い）。
光も波の性質を持っているので、全く同じことが起こります。光回路の合流地点で、様々なルートを通ってきた光の波が出会うと、それらが自然に重なり合い、強め合ったり打ち消し合ったりします。物理学でいう**「重ね合わせの原理」です。不思議だと思いませんか？ただ波が重なり合うという自然現象が、コンピュータ科学の根幹を成す「足し算」**そのものなのです。
電子回路のように一つひとつ足し算をする必要はありません。光の波が出会うだけで、自然に答えが生まれるのです。これが、エネルギーをほとんど使わずに、一瞬で計算が終わる最大の秘密です。
このように、光の性質を巧みに利用した計算方法は、私たちの未来にどのような変化をもたらすのでしょうか？
3. なぜ光計算は「ゲームチェンジャー」なのか？
AIの進化は、国家規模の電力を消費するという「エネルギーの壁」にぶつかっています。データセンターのために古い石炭火力発電所が再稼働されるほど、事態は深刻です。光計算がもたらすメリットは、この危機を解決し、社会のあり方を変えるほどの3つの大きな可能性を秘めています。
① 宇宙最高速度の計算
光計算のスピードは、コンピュータの性能を示す「クロック周波数（1秒間に何回カチカチ動くか）」に縛られません。計算速度は、ただ「計算時間 = 回路の距離 ÷ 光速」というシンプルな物理法則だけで決まります。これは、この宇宙で最も速いものである光の速度で計算が終わることを意味します。このほぼゼロの遅延（レイテンシ）のおかげで、AIをクラウドから手元のデバイスに搭載する**「エッジコンピューティングの究極形」**が実現できます。人間の反射神経をはるかに超えるリアルタイムでの判断が可能になり、「自動運転での事故ゼロ社会」や「人間と自然に協力し合えるロボット」といった未来が、ぐっと現実に近づきます。
② 驚異的な省エネ性能
電気と違い、光は進むときに「抵抗」がほとんどありません。そのため、計算自体では熱がほとんど発生しないのです。これは、データセンターを冷やすための巨大な冷却ファンや、膨大な量の水が不要になることを意味します。実は、データセンターは冷却のために大量の水資源を消費しており、これも大きな環境問題となっています。光計算は、この「熱と水の問題」を解決します。さらに面白いことに、ある賢いソフトウェアの効率化（4倍）と、この光ハードウェアの効率化（4倍）を組み合わせることで、AIの計算に必要な消費電力が、なんと従来の1/16になる可能性が示されています。まるで奇跡のような相乗効果ですよね！
③ 一度にたくさんの計算をこなす「超並列処理」
光のすごいところは、「色（波長）」が違う光同士は、お互いに邪魔をしないという点です。これを利用すると、1本の光の通り道（光ファイバー）に、赤色の光、青色の光、緑色の光…と、たくさんの色の光を同時に通すことができます。これはまるで、1車線の道路が、一瞬で何車線もある巨大な高速道路になるようなものです。この「OMUX（光多重化）」という技術を使えば、1つの回路と全く同じエネルギーコストで、同時に何倍もの計算をこなすことができるのです。
まさに魔法のような光計算ですが、この技術が当たり前になった未来は、どのような姿をしているのでしょうか。
4. 結論：光が拓く、持続可能なAIの未来
本稿で見てきたように、光計算は単なるコンピュータの高速化技術ではありません。
それは、AIが進化する上で避けて通れない**「エネルギーの壁」や、それに伴う「熱と水の問題」を根本から解決し、「持続可能な知性（Sustainable Intelligence）」**を実現するための、新しい時代の基盤技術なのです。
コンピュータが、計算を一つひとつ「解く」ノイマン型の機械から、宇宙の法則そのものを利用して、**「光の物理現象として知能を発現させる装置」**へと進化する。
そんな新しい時代が、もうすぐそこまで来ています。 November 11, 2025
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