データ 電子

質問

ものすごい基本的なことだと思うのですが、
パソコンのデータの保存や、データの通信は基本的に電子が使われているのでしょうか？
光回線は光子が使われているのでしょうか？
また、量子というのは既に存在していますが、技術として使用するまでには確立していない、という感じなのでしょうか？
大きさ的には電子＞光子＞量子なのでしょうか？
電子とか、電気とか、人間の細胞の最もミクロ単位のものとか、よくわかりません‥。
電子はよくわかりませんが、電子(の集合？)自身にデータを保存したり、そのデータを消したり書き換えたりできるのでしょうか？

電子は「質量は測定できるが、体積は測定できていない」
http://www.geocities.jp/hiroyuki0620785/k0dennsikotai/17cm.htm
とありましたが‥。

「ほとんど何の技術も存在していなかった原始的な時代～電子の発見」などを考慮して、わかりやすく説明いただけたら嬉しいです。
現実の技術ってほんとにすごいですよね‥。

電子、光子、量子、などありますが、また更に優れた(データの保存・通信などに使える)○子というのは出てくると予想されているのでしょうか？
よろしくお願いいたします。

回答No.1

Hoyat · ベストアンサー

PCで使われるデータは「電気信号」の集合体であって
物理学的分類の「電子」そのものが使われているわけではありません。

つまり「電子機器」と言われているものは「電気機器」に過ぎません。
電気で動いたり（扇風機等）光ったり（電灯等）する物と
分類するのに都合上使っているだけです。

光通信の「光」は物理学的分類の「光子」が使われているわけではなく
電気信号を光の明滅信号にして送っているに過ぎません。
まぁ光を使っているので光子が使われていないとは言えませんが
光子を生成したり解析しているわけではないです。

お礼

ありがとうございます
パソコンで使われるデータは、電気信号の集合体、だったのですね‥
またデータの保存や通信などについてよくわからないのですが、
データの保存は、"電気信号の集合体"自体に記憶できるのでしょうか？
それとも"電気信号の集合体"プラス、何か記憶装置のようなものを使っているのでしょうか？
通信ケーブルなど使う場合などはケーブルの中を電気信号が通るだけなのでやはり、電気信号の集合体にデータは記憶されるのでしょうか？
電子メールなどでもデータは海外に飛ばせますが、電波でも飛ばせてしまうということですよね‥。
画像や音声などのデータはどのようにデータとして保存され、通信されるのか、などわからないことだらけです‥。
空気中(空気のない宇宙でも？)には目に見えない電波が飛び交っていて、音声や画像などのデータ(電気信号の集合体)をそのような電波を利用して(乗せて？)世界中へ(ほとんど)自由に一瞬で発信できるということでしょうか？

少し分かりやすい光の記事が↓にありました。
http://blog.goo.ne.jp/liberty7jp/e/2d6e24795ab81b61023f0276fc3d83d6
＞もし、光の信号でデータを保存したらどうなるだろうか？おそらくデータ量は数万倍になるだろう。さらに光の粒子の性質を使った「量子コンピュータ」が開発されると１００億倍にもなるという。

データの保存容量・スピードや通信スピード・容量や処理スピードが格段にあがる技術が近いうちにでるかもしれない(今でもそれらの性能はかなりのスピードであがりつづけている)ということでしょうか…？

回答No.5

Hoyat

>つまり、人の声などは0と1のオンオフの情報で(特徴まで全て)表せる=逆も可能、ということでしょうか…？

可能です。
ミュージックCDを例にとって見れば解るように
要するに「録音」されたものを「再生」するだけなので
数値化するのは今の機器でも簡単です。
ただし1音を（例えば「あ」と言う音を）オン/オフ1組で表すという意味ではありません。

>人工的に自然に話しているように聞こえる音声を作る、というのは難しいのでしょうか？

録音された音声・録画された動画等は既に記録されたものですから
数値化する情報量が少なくて済みます。
ですが人間と同じように「思考して話す音声」のシュミレートは
理論上は数値化が可能であっても、現状の機器では（少なくともパソコンレベルでは）再生不可能です。
数値化する際の情報量が膨大すぎますので計算が追いつきません。
擬似的にそのように聞かせると言う事は出来ますが
録音された物を上手く組み合わせているだけに過ぎません。
思考に関しては数値化は飛躍的に難しくなります。

感情はもっと難しいです。
（思考に関しては類推する情報がそれなりに研究レベルにおいては蓄積されています）
何故かと言えばそのプログラムを設計する立場の人間自体が
感情を理解できないからです。
ren_venusさんは自分の感情はともかく
どんな人の感情も100％理解は出来ますか？
私は出来ません^^;
で、更に言えば感情の発露は個人によって違うので
もっともっと難しくなります。

>量子暗号通信

先のアドバイスで何故機関銃を持ち出したかと言えばこれなんです。
玉（量子）を連射することによって情報を伝達する方法なのです。
連射速度が微細であるが故に非常に高速になるので
伝達速度を上げる事が可能な技術なのです。
ただ微細すぎるのと射出（これがレーザーを使うところ）であるが故に
様々な要因の影響を受けやすく射程（伝達距離）が伸びないのです。

回答No.4

Hoyat

>ですが、画像や音声などのデータは完全に0と1の情報のみで構成されているのでしょうか？

はいそうです。
それを同時並列処理する事によって
複雑な物を表現できるようになってきているだけです。

>通信などでもその0と1の情報を(変換したりもして)モールス信号のように送っている

そうです。
まぁ厳密に言うとモールス信号は信号の長短で意味を持ちますが
デジタル信号はオン/オフ（1/0）で意味を持ちます。
で上に述べたとおり同時並列処理を行い
また高速でやり取りするので
一瞬で送れる様になったのです。
蛇足ですが
ダイアルアップ等のナローバンド
ADSLや光等のブロードバンドの違いは
その信号の一度に出来るやりとりの差です。

>光(量子)の実験でも「短い距離で通信に成功した」というのを見かけたりしました‥(これとは少し違いますかね‥)

これは一応新技術の方で、到達速度を上げる為の技術です。
乱暴な例えですが
手で玉を投げ手で受けて通信する（電気信号）のではなく
機関銃で玉を打ち出して的で受けて通信する（量子信号）ようなものです。
信号の原理と処理するコンピュータの方が今のままなので
「光通信と何が違うんだ？」になってしまいますが^^;

都合上「電子機器」と言ってはいますが
エジソンが電球を点けた技術の延長上から
まだ人間は抜け出してはいないのです。

お礼

>都合上「電子機器」と言ってはいますがエジソンが電球を点けた技術の延長上からまだ人間は抜け出してはいないのです。
エジソン
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%88%E3%83%BC%E3%83%9E%E3%82%B9%E3%83%BB%E3%82%A8%E3%82%B8%E3%82%BD%E3%83%B3
みてみました。

>自分の深層意識のより深いところからやってくるものであり、それが深ければ深いほど、表層意識では意識できないので、いとも簡単に忘れてしまうという。
>エジソンは、ペンと紙を常時携帯し、思い浮かんだ瞬間には面倒くさがらずに書き留めていた。 ちなみにアインシュタインもメモ魔として有名であった
>アインシュタインもエジソンもひらめき重視型の天才であった
>1%のひらめきさえあれば、99%の努力も苦にはならない。つまり、エジソンにはひらめきに裏付けられた確信があったのであろう。
>エジソンは、人間の魂もエネルギーであり宇宙のエネルギーの一部であると考えていた。エネルギーは不変なので、魂というエネルギーは人間の死後も存在し、このエネルギーの蓄積こそが記憶なのだと考えていた。 エジソンの言によれば、彼は自分の頭で発明をしたのではなく、自分自身は自然界のメッセージの受信機で、「宇宙という大きな存在からメッセージを受け取ってそれを記録する事で発明としていた」に過ぎないのだと言う。
>エジソンは、死後も魂が肉体に残っていると考え、死者との交信の研究をしていた。

>生涯におよそ1300もの発明を行ったアメリカの発明家であったが盗作疑惑のあるものや誹謗中傷を受けたものも多い。
>小学校に入学するも、教師と馬が合わず中退した。背景として彼がLD、ADHD、アスペルガー症候群を併せ持っていた事が考えられる。

補足

ありがとうございます

>>ですが、画像や音声などのデータは完全に0と1の情報のみで構成されているのでしょうか？

>はいそうです。
>それを同時並列処理する事によって
>複雑な物を表現できるようになってきているだけです。

つまり、人の声などは0と1のオンオフの情報で(特徴まで全て)表せる=逆も可能、ということでしょうか…？
でも、音声などは(静止画などと違い？)時間と変化がありますが、そういうのも全てモールス信号のような0と1のオンオフの情報で表せるのでしょうか？
人の声の情報をインプットして、その人が話していないことを、人工的に自然に話しているように聞こえる音声を作る、というのは難しいのでしょうか？（いつか実現されるでしょうか‥？）

声質などの声自体の情報と、時間と変化の情報で、オンオフの情報が使われるのはその両方でしょうか、それともどちらかだけでしょうか…。

音声=必ず時間が必要ですが、音声のデータというのはその時間の間に発せられた振動の情報・性質をデータで記憶している…？(再生する時には0と1のオンオフが必要なので、また必ず時間が必要になる…？オンオフの情報は時間関係なくデータとして保存できる…？)

人には心があって、話すごとにトーンなども変わると思いますし、1文字1文字を自然に聞こえるように繋ぎ合わせるのも難しいと思いますが、いつか心の変化にも対応・制御できるいろんな人の人工音声というものは作られる日がくるのでしょうか‥。その人の声の情報が必要な場合、それまでにどの程度サンプル(情報)を集めておく必要があるのかなどわかりませんが…。　
すごく変なこと言ってると思います、すみません‥。

>デジタル信号はオン/オフ（1/0）を行い、同時並列処理で高速のやり取りを行なうので一瞬で送れる
>ダイアルアップ等のナローバンド、ADSLや光等のブロードバンドの違いはその信号の一度に出来るやりとりの差

>これは一応新技術の方で、到達速度を上げる為の技術です。
>乱暴な例えですが
>手で玉を投げ手で受けて通信する（電気信号）のではなく
>機関銃で玉を打ち出して的で受けて通信する（量子信号）ようなものです。
>信号の原理と処理するコンピュータの方が今のままなので
>「光通信と何が違うんだ？」になってしまいますが^^;

http://journal.mycom.co.jp/news/2002/11/14/07.html
>量子暗号通信では、光を用いた通信を行う。一般的な光通信では、たくさんの光子をまとめて「0」か「1」かの情報を符号化させるが、量子通信では、光子1個に対して「0」か「1」の情報を与えている。このため、光子の変化がより厳密に判断できる。

>通常の光通信と量子暗号通信との違い。量子暗号通信では微弱なレーザー光を用い、光子1個に情報を載せている
http://journal.mycom.co.jp/news/2002/11/14/07cl.jpg
とありました。

回答No.3

Hoyat

#1です
>データの保存は、"電気信号の集合体"自体に記憶できるのでしょうか？

いいえ、今の技術では出来ません。
今の技術では電気信号を電磁信号か光学信号に置き換えて記録しています。
電磁信号>>ハードディスク・フラッシュメモリ等
光学信号>>CD・DVD等
その読み込みは逆のプロセスを取っています。

>通信ケーブルなど使う場合などはケーブルの中を電気信号が通るだけなのでやはり、電気信号の集合体にデータは記憶されるのでしょうか？

これはちょっと違います。
電気信号を暗号化して通信用の信号に変換して送るのです。

イメージとしてはモールス信号をイメージしてください。

良く映画で嵐に遭遇した船が助けを求める時

船（PC）で船長（CPU）が救難信号（データ）を送れと命じると
通信員（通信プロトコル装置）がSOS（送りたいデータ）を
モールス信号（通信信号）で打ちますよね？

>画像や音声などのデータはどのようにデータとして

これはデジタル信号でデータ化されているのですが
膨大な量の0（電源オフ）と1（電源オン）の塊になっています。

要するに現状のPCのデータと言うのは
0と1の膨大な量の塊に過ぎないのです。
スイッチをオンにするかオフにするかのプロセスをひたすら繰り返す物なんです。

ren_venusさんはPCの性能を示す数字として
周波数というものを耳にした事がありますよね？
何々が1.5Ghzだとか2Ghzだとかはたまた533Mhzだとか
この周波数がオン/オフの速度です。

上記にモールス信号を例えに出したのも実は意味がありまして
それをとてつもない速さで送るから映像・画像などのデータが送れて
それをとてつもない速さで変換して表示しているのです。

でも基本は電気信号です^^;

今の技術ではまだ電気信号を到達距離縮める事によって
高速化を図っているだけなのです。
それが電子顕微鏡で見ないと解らないくらいの
細かい「電線」で行われているに過ぎません。

>少し分かりやすい光の記事が↓にありました。

読ませていただきました。
残念ですが現状の技術では「夢物語」です。
確かに研究レベルでは「出来ない事」ではないですが
実用化レベルではまだ「出来ない事」なのです。
電気信号の置き換えを「光子」にしようという研究の発表資料ですが
現状の光通信とは全く無縁な技術です。
今の光通信は先に述べた「モールス信号」の延長上の技術です。

電気信号を光信号に変えているだけで
花火を思い浮かべてください。
ぱっと光る花火（光信号）
しばらく遅れてくるドーンと言う音（電気信号）
共に花火である情報を伝えていますよね？

お礼

ありがとうございます

データの保存や通信
電気信号を電磁信号か光学信号に置き換えて記録
電磁信号→ハードディスク、フラッシュメモリ
光学信号→CD・DVD
通信は、電気信号を暗号化して通信用の信号に変換して送る

＞画像や音声などはデジタル信号でデータ化され膨大な量の0（電源オフ）と1（電源オン）の塊になっている

ですが、画像や音声などのデータは完全に0と1の情報のみで構成されているのでしょうか？
人の声などは様々なものがありますが、そういう声なども0と1の塊から逆に作れるのでしょうか‥？
（それとも0と1以外にも情報があって、「人の声や画像はデータにはできるが、その逆は難しい」といった感じでしょうか…）

＞要するに現状のPCのデータと言うのは0と1の膨大な量の塊に過ぎないのです。
＞スイッチをオンにするかオフにするかのプロセスをひたすら繰り返す物なんです。
ミクロで単純なイメージを持ちました。
光子などが使えるようになれば格段に性能はあがると思いますが、今はまだ難しいのですよね‥。

＞周波数はオン/オフの速度
＞とてつもない速さで送るから映像・画像などのデータが送れて
＞とてつもない速さで変換して表示している
などほど‥。
(もしかしたら間違っているかもしれませんが)データの保存、通信などは基本的に0と1の情報を元に行なっていて、
通信などでもその0と1の情報を(変換したりもして)モールス信号のように送っている‥、という感じでしょうか…。
でも、世界中の人へ情報を一瞬で送れる、というのはすごいですよね。携帯などでは「携帯電話は最も近くにある基地局（電波が強い基地局）と通信します」とありましたが、世界中の人への通信は、(近くの基地局以外に？)宇宙の衛星なども利用しているのでしょうか‥

＞今の技術ではまだ電気信号を到達距離縮める事によって
＞高速化を図っているだけなのです。
光(量子)の実験でも「短い距離で通信に成功した」というのを見かけたりしました‥(これとは少し違いますかね‥)

結構最近のニュースで量子暗号鍵200kmの配送に成功というニュース↓がありました
http://tech.braina.com/2007/0618/it_20070618_001____.html
＞今後の実用化に向けては「コストが大きな課題。ＳＳＰＤも絶対温度３Ｋ（マイナス２７０度Ｃ）で動作させねばならない。」
とあり、実用性は難しいのですかね‥。

回答No.2

shintaro-2

>パソコンのデータの保存や、データの通信は基本的に電子が使われているのでしょうか？
>光回線は光子が使われているのでしょうか？

どちらも、使われていると言えなくも無いのですが、

電子1個で記憶や通信をしているわけでもなく、光子1個で通信しているわけでもありません。
それぞれ、何千、何万もの電子、光子で実現しています。
　これが、＃１さんの仰る集合体です。

DRAMはメモリセルのキャパシタの電子が有／無の状態を１／０にしていますし、フラッシュメモリも、フローティングゲートの電子の有／無の状態を０／１にしています。どちらも現状では電子１個の状態を検出できません。

当然、単電子トランジスタというのも研究されています。単光子の通信も研究されています。量子コンピュータも研究されています。