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【本学研究者情报】

〇本学代表者所属?職?氏名：電気通信研究所?助教 ?金井　駿

【発表のポイント】

• 量子ビット^注1)応用に适した固体中のスピン中心の物性と、今后ブレイクスルーが期待される物性や材料を系统的に示した
• 「ニューノーマル」の时代及び「厂辞肠颈别迟测5.0」での活跃が期待される、従来技术では困难な问题の解决が期待される量子コンピューター^注1)や、絶対に盗聴されない量子通信等の研究?开発を加速

【概要】

量子コンピューターが商用レベルで実用化されるなど、量子现象がますます身近なものになりつつあります。固体中のスピン中心は、量子コンピューターを构成する「量子ビット」と呼ばれる量子情报担体を构成する物理系の中でも、室温で量子情报を保持可能であり、大きな注目が集まっています。近年、固体中のスピン中心を用いることにより、极めて高感度の电磁场検出や、量子テレポーテーション、原理上盗聴が不可能な量子通信が実现されている他、多様な量子现象を実験実証するプラットフォームとして利用されてきました。

东北大学电気通信研究所の金井駿助教は、シカゴ大学及びアルゴンヌ研究所(米国)のDavid D. Awschalom教授を中心とする研究グループとの共同研究により、固体中のスピン中心の量子ビット応用に必要な物性をまとめ、今後材料工学等によりもたらされ得るブレイクスルーを系統的に示しました。本成果では、量子機能性とその実現に必要となる物性を改めて精査すると共に、量子ビット中で両物性が果たす役割やその機能を更に向上?発展させることを主な目的の一つとして、「どの固体中のスピン中心材料を次世代の量子ビット向けに研究すべきか」を考える基準を示しました。

本研究成果は、量子コンピューターや、センシング、及び量子通信などの次世代の量子応用研究及び、新奇量子物性の探索に関する基礎研究を大きく加速するものです。 本成果は2021年4月26日付で英国の科学誌「Nature Reviews Materials」で公開され、関連する図面が表紙に採用されました。

【用语解説】

注１）量子ビット、量子コンピューター
　ある物质のサイズを小さくしていくと、量子的性质が発现することがあります。例えば「スピン」と呼ばれる磁性の源の持つ量子的性质はナノメートル(10のマイナス9乗メートル)以下のスケールで顕着に见られ、微细加工技术の进展とともに様々な関连现象が発见されてきました。この量子的性质には古典物性とは异なる様々な特徴があります。その一つに「2つの量子状态を同时に取ることができる」という性质があります。
　电子には、磁性の源となるスピンという性质があります。上向きと下向きの2つの状态を取ることができ、これがビットの「0」と「1」の状态に対応します。ハードディスクなどの磁性メモリでは、たくさんの电子スピンが揃っており、そのスピン方向が古典ビットと対応します。これらのデバイスでは、电子スピンが最低でも数万というオーダーで集まっており、量子的性质は见られません。一方で、スピン中心のように単一か、それに近い数のスピンでは、スピンは上向きと下向きの状态両方を「同时に取る」ことができます。
　量子ビットのこの2つのビット状态を「同时に取る」ことが可能な性质を利用し、2状态を重ね合わせた状态を同时に计算するのが量子计算や量子コンピューターです。本文中で言及されている通り、量子コンピューターは古典コンピューターと比较して桁违いに高速に问题を解决することができる场合があることが示されています。例えば古典コンピューターが苦手とし、现代の暗号通信の基盘となっている素因数分解を高速に计算するアルゴリズムが开発されています。

详细（プレスリリース本文）

问い合わせ先

研究に関すること
东北大学电気通信研究所
助教　金井 駿
电话　022-217-5555
贰-尘补颈濒　蝉办补苍补颈*迟辞丑辞办耻.补肠.箩辫（*を蔼に置き换えてください）

报道に関すること
东北大学电気通信研究所 総務係
电话　022-217-5420
贰-尘补颈濒　蝉辞尘耻*谤颈别肠.迟辞丑辞办耻.补肠.箩辫（*を蔼に置き换えてください）