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人は古来より計算を行ってきましたが、それは本来きわめて困難な知的活動でした。
数の概念を理解し、記憶し、規則に従って操作することは、常に人間に大きな知的負担を強いる営みであり続けました。
その負担を軽減するために、さまざまな計算補助具が生み出されてきました。
最も原始的なものは自らの指との対応であり、その後、算木や算盤といった、数を物理的に操作する計算器具が発明されました。さらに製紙技術の普及とともに、紙とペンによる筆算が一般化していくことになります。
しかし、これらはいずれも人の手によって操作されるものであり、あくまで人間の計算活動を「補助する」存在にとどまっていました。計算という知的行為そのものは、最後まで人が担っていたのです。

やがて、機械式計算機が登場します。
これは単純なインプット装置を備え、人が計算の規則をその都度意識せずとも、機械的な仕組みによって自動的に結果がアウトプットされる装置でした。
人はもはや「計算の途中」を考える必要がなくなり、入力と出力だけを扱う存在へと役割が変化しました。
しかし、機械式計算機は精密機械としての制約を強く受け、構造が複雑になるほど高価で壊れやすくなり、広範な普及には至りませんでした。
それでも、レジスターのように加算・合計といった限られた用途に特化した分野では実用化され、一定の成果を収めました。
とはいえ、それが機械式計算機の実用上の限界であったとも言えるでしょう。

次に登場したのが電子計算機です。
厳密に言えば、電子そのものの性質を直接用いているというよりも、電気のオン・オフを論理の基盤とした「電気的計算機」と呼ぶほうが本質に近い存在です。
この方式は非常に広く受け入れられ、進化と普及は爆発的に進みました。現在では、科学、産業、通信、娯楽など、あらゆる分野に電子計算機が浸透しています。
しかし、その進化の推進力であったムーアの法則は、物理的・経済的な制約によって頭打ちが見え始めています。
トランジスタの微細化による「小さく、速く」という進化は、もはやかつてのような指数関数的成長を維持できず、進化の減速が現実のものとなりつつあります。

では、電子計算機の次に来る計算機の方式は考えられているのでしょうか。
実際、現在すでにその候補となる方式が研究されています。大きく分けると、光方式、ニューロモルフィック方式、量子方式の三つの方向です。

光方式とは、計算の論理構造そのものは電気式計算機とほぼ同じまま、信号の伝達や演算の媒体を電子から光へと置き換えるものです。
光は電子よりも高速で、かつエネルギー損失が小さいため、純粋に「速く・効率よく」計算するための物理的な強化策と位置づけられます。これは電気式計算機の延長線上にある、いわば腕力的な進化です。

ニューロモルフィック方式は、計算機の構造そのものを人が厳密に設計するのではなく、脳の神経回路を模倣した構造を持たせ、計算機自身が学習によって最適な計算手順や構造を獲得していく方式です。
これは「どのように計算するか」という手続きを人がすべて与える従来方式とは異なり、計算機が自ら効率的なアプローチを見いだす、一段階メタな構造を持っています。
ハードウェアの高速化というよりも、情報処理の在り方そのものを変えようとする、ソフトウェア的・生物的な方向性だと言えます。

量子方式は、電気式計算機が前提としてきた「オンかオフか」という二値の状態から、「量子状態」という重ね合わせと確率を持つ多値的な状態へと、計算の基盤そのものを拡張する方式です。
ここでは、効率的なアルゴリズムを人が工夫するというよりも、効率的なアプローチが成立する物理的な土壌そのものが用意される、という性格を持っています。
特定の問題においては、古典計算機では現実的に不可能な規模の探索や計算が、原理的には可能になると期待されています。

これら三つの方式は、方向性として互いに競合するものではありません。
光は「速さ」の拡張、ニューロモルフィックは「構造と思考の拡張」、量子は「状態と物理法則の拡張」をそれぞれ担っています。
したがって、これらのうちのいくつか、あるいはすべてを兼ね備えた計算機――たとえば光を用い、自己学習する構造を持ち、内部状態に量子性を用いるような混成的計算機――というものも、原理的には十分に考えられます。

そのような次世代の計算機、未来の計算機を、私たちが現実のものとして目にするのは、いったいいつになるのでしょうか。
それが十年後なのか、五十年後なのか、あるいはもっと先なのかは分かりません。
しかし、かつて機械式計算機から電気的計算機へと大きな転換が起きたように、次の転換もまた、静かに、しかし確実に準備されつつあります。
その瞬間に立ち会えるかどうかは分かりませんが、その日が訪れるのを、私は楽しみにしています[にこやか]

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