宇宙から降り注ぐ宇宙線が半導体を誤動作させ、電子機器デバイスが不安定化することを宇宙線による「ソフトエラー」という。この現象は半導体が小型化し、超集積化する中、AIやIOTが普及する社会にとって見過ごせないリスクになっている。今回、九州大学などの研究グループは、宇宙線の中のミュオン（ミューオン、ミュー粒子、Muon）がソフトエラーを引き起こすことを実証した。

宇宙線ミュオンによる誤動作とは

　地球には常時、宇宙から電子、陽子、中性子、ニュートリノなどの多種多様な宇宙線が降り注いでいる。こうした宇宙線が、RAM（Random Access Memory）やCPU（Central Processing Unit）、FPGA（Field Programmable Gate Array）などを構成する半導体メモリにぶつかるとノイズが生じ、2進法の0-1で動作するメモリの値が逆転（ビット反転）することが起きる。

　こうした誤動作を宇宙線によるソフトエラーというが、ごく一時的な現象であり、演算が繰り返されるなどデータが上書きされたりすると正常な動作に戻ってしまう。そのため原因がわからずエラーもランダムに起きるので技術的に解決できず、デバイスが不安定な状態に置かれ続けてきた。

　最近ではデバイスの小型化や集積化が進み、メモリ自体の電荷も省電力化によりごく微小になってきている。宇宙線の衝突によるノイズの影響が無視できないものになっているが、今回、九州大学や大阪大学、高エネルギー加速器研究機構などの研究グループは宇宙線の一種であるミュオンの負ミュオンによるビット反転が正ミュオンよりも約3倍多く起きることを実証（※1）し、その成果を米国に本部を置く電気電子工学系の学術団体IEEE（The Institute of Electrical and Electronics Engineers）の「IEEE Transactions on Nuclear Science」誌電子版に発表した。

　半導体に悪影響を与える宇宙線は中性子によるものが知られてきたが、今回、研究グループはミュオンに注目した。ミュオン（負）は、電子と同じ電荷を持つが質量は電子の約200倍という素粒子（物質を構成する最小単位）で、電子を含むレプトン（lepton）のグループの一員だ。素粒子の中でも寿命が長く生成しやすいため、原子炉などの構造物や火山などの内部をレントゲン写真のように探る機器に使用されている。

　負ミュオンの照射実験には、茨城県にあるJ-PARC（※2）の「MUSE（ミュオン実験装置）」を使い、メモリのビット反転の発生確率を測定した。その結果、負ミュオンのほうが正ミュオンより確率が高くなることを観測した。研究グループによれば、ミュオン（負）を使っての照射実験によるビット反転への影響評価はこれまでなく、AIやIOTが不可欠な超スマート社会の実現にとって欠かせない研究という。

　電気通信や交通インフラに限らず、AIを利用する自動運転や手術ロボットなど、現代社会には膨大な数のメモリが存在している。万が一、これらメモリの誤動作が連鎖的に拡がっていけば、社会に大きな混乱を生じさせるだろう。

　これまで宇宙線によるソフトエラーは見過ごされがちだったが、我々の生活に直結するようなリスクになりつつある。宇宙線を物理的に防ぐことは非現実的であり、エラーの影響をできるだけ軽減する技術の研究開発も急務だろう。宇宙線の荷電粒子の約75％が電子機器内へ飛び込んでくる透過性の高いミュオンであり、中性子の研究と同時にミュオンの挙動について注目していく必要がありそうだ。