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パラメトロン

パラメトロン()はフェライトコアによるパラメータ励振現象を応用した論理素子である。1954年に当時東京大学大学院(理学部高橋秀俊研究室)の学生であった後藤英一によって発明された。発明当初は注目され、日本電子測器や東京電気化学工業(今のTDK)が製造を手がけてコンピュータを構成する素子として利用されたが、最終的にトランジスタに取って代わられ、表舞台から姿を消した。日本でまったく独自に開発された論理素子として、歴史上注目される。コンピュータの黎明期であった1950年代、日本ではフリップフロップひとつを作るのに真空管では1個約千円、トランジスタでは数千円もかかった上、信頼性も低く、安定していなかった。コンピュータにかけられる予算は、例えば後藤の言では、アメリカのマサチューセッツ工科大学と比較すると1000分の1と困窮していたため、後藤らは、電話交換機に使う回転スイッチを利用したコンピュータや、デカトロン管を利用した十進法によるコンピュータなど、他の装置をいろいろ検討、手作業でシミュレートした。この時に物理学や応用数学に詳しかった事が役に立ったという。そして一個5円しかしないフェライトコアの性質を利用できないかとあれこれやっているうち、パラメータ励振現象を利用する方法を思いつく。パラメータ励振を利用している事から、パラメトロンと命名した。後藤によると、コンピューター自体が発明されていた時代だったので、パラメトロン自体はさほど大騒ぎされなかったという。ドーナツ状のフェライトコア二個にコイルを(PC-1では)それぞれ10回巻き、直列につなげ、コンデンサ一個をつないで発振回路を作る。励振のための電線を、コアの穴を貫通させるように通し、これに励振電流を流して電気振動を発生させると、フェライトコアの磁気的性質により、発振回路にパラメータ励振という現象が起き、励振電流を2分の1分周した、周波数が半分の振動が起きる。この振動は、励振電流に対して位相が0かπの2種類の振動のどちらかになるので、これを二進法での0か1に対応させれば1bitを記憶することができる。また、励振の起こり始めは、わずかな初期状態がタネになってどちらの位相になるかが確定するという、一種の増幅のような作用もある。最初に実験に使用した銅・亜鉛系フェライト(加藤与五郎と武井武による開発)が、パラメトロン用に偶然にも適した材料だった、という。マンガン・亜鉛系やニッケル・亜鉛系は他の特性では優れているが、どういうわけかパラメトロン用には銅・亜鉛系が最良であった。計算機械用に大量に使用するには消費電力の関係で小さいコアが良く、TDKに直径4mmのものを製造依頼した。後には(PC-2では)さらにパラメトロン専用に形状を設計した「眼鏡型コア」を使っている。商用コンピュータも複数登場している。採用期間は3年弱と短い。後藤とほぼ同時期(特許出願が1954年4月)に、フォン・ノイマンがリアクタンス(L)ではなく静電容量(C)のほうを変化させるパラメータ発振を利用するアイディアを思いついている。同じ原理で、薄膜磁性体を利用したパラメトロンも研究されたが、大規模に製品化はされなかった。"英語版「」も参照。"磁束量子パラメトロンといったものも研究されている。1986年に後藤らにより、ジョセフソン効果を利用するもので最大16GHzもの高速動作が可能なスイッチング素子として提案されたものである。この素子の原理が似ていることについて後藤は「(略)。原理がパラメトロンと似てるっていうのはさ、まあ、同じ人間が考えると同じようなものができるってことだろうね」とインタビューに対して答えている。高速性の他、他の超電導デバイス(ジョセフソン素子等)と比較して省電力性が特徴だが大規模な集積はできていない。量子を利用しているが、いわゆる量子計算ではない。量子焼きなまし法を実現したコンピュータの建造に成功した(と主張している)D-Wave Systems社が公開している資料中に、磁束量子パラメトロンへの言及がある。量子ビットの最終状態を読み出せるようにするためにブーストするある種のプリアンプだとしている。また、断熱磁束量子パラメトロン(AQFP)を使った、ランダウアーの原理にもとづく限界に迫る可逆計算素子が提案されている。NEMSの研究で、「ナノ機械パラメトロン素子」の研究がある。前述の磁束量子パラメトロンと同様に超電導を使うが別物の、パラメトロンの原理で動作する超電導の素子を、2014年7月25日に理研が発表している。

出典:wikipedia

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