量子コンピュータや量子暗号通信向けの材料開発を加速

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2026-08-25

engineering

{'items': [{'key': '31div', 'term': '量子技術', 'description': {'blocks': [{'key': 'cnuo6', 'text': 'ミクロな物質が示す「量子的重ね合わせ」や「量子もつれ」といった、量子力学の固有の現象を積極的に制御・応用する次世代の技術。従来の限界をしのぐ計算性能を持つ「量子コンピュータ」、原理的に盗聴不能な通信を実現する「量子暗号通信」、極微小な磁気や温度変化を原子レベルの分解能で捉える「量子センサー」などの革新的な技術を指します。', 'type': 'unstyled', 'depth': 0, 'inlineStyleRanges': [], 'entityRanges': [], 'data': {}}], 'entityMap': {}}}, {'key': '4admq', 'term': '色中心', 'description': {'blocks': [{'key': 'u2g4', 'text': 'ダイヤモンドやSiCなどの結晶において、原子の欠損（空孔）や不純物元素の導入によって生じる点欠陥の一種。この欠陥に局在した電子がエネルギー準位を形成することで、特有の光吸収や発光を示します。近年では、結晶中に孤立した色中心が室温でも優れた量子特性を維持できることから、次世代の量子系（量子ビットや単一光子源）として世界的に注目されています。', 'type': 'unstyled', 'depth': 0, 'inlineStyleRanges': [], 'entityRanges': [], 'data': {}}], 'entityMap': {}}}, {'key': '73p3b', 'term': '紫外', 'description': {'blocks': [{'key': '6alem', 'text': '人間の目に見える光よりも波長が短く、エネルギーが高い光の領域（一般に10 nmから400 nm程度の波長域）のこと。量子技術の分野では、従来の可視光を用いた技術に加え、近年では高いエネルギー効率や太陽光の影響排除の利点を生かした紫外光通信や次世代センサーへの応用研究が急速に進展しています。本研究が確立した予測手法は、新しい可能性を開く紫外域の色中心に対しても一貫して適用可能な高い汎用性を備えています。', 'type': 'unstyled', 'depth': 0, 'inlineStyleRanges': [], 'entityRanges': [], 'data': {}}], 'entityMap': {}}}, {'key': 'feo7c', 'term': '可視', 'description': {'blocks': [{'key': 'b0024', 'text': '電磁波のうち、人間の目が光として感知できる領域（一般に400 nmから780 nm程度の波長域）のこと。紫から青、緑、黄、赤へと至る、いわゆる「虹の色」に相当します。現在、世界中で最も研究が進んでいるダイヤモンドを用いた代表的な色中心の多くがこの可視光の領域で機能しており、固体量子ビットや量子センサーなどの実証実験における標準的な光の領域となっています。', 'type': 'unstyled', 'depth': 0, 'inlineStyleRanges': [], 'entityRanges': [], 'data': {}}], 'entityMap': {}}}, {'key': '65sbu', 'term': '通信波長帯', 'description': {'blocks': [{'key': 'fd0l9', 'text': '光ファイバー網において、伝送損失が極めて小さくなる波長領域(一般に1.3μm帯から1.55μm帯付近の近赤外波長域）のこと。既存の光通信インフラをそのまま流用して、長距離の量子暗号通信や量子インターネットを実現するために不可欠な波長域であり、この領域で高効率に発光する色中心の探索が強く求められています。', 'type': 'unstyled', 'depth': 0, 'inlineStyleRanges': [], 'entityRanges': [], 'data': {}}], 'entityMap': {}}}, {'key': '5uohh', 'term': 'フォノン', 'description': {'blocks': [{'key': 'dovrl', 'text': '結晶格子を構成する原子の集団的な熱振動を、量子力学的に一つの「準粒子」として扱ったもの。色中心が光を放出する際、このフォノンと相互作用（電子-フォノン結合）を起こすことでエネルギーの一部が結晶の振動へと逃げてしまい、光の損失を引き起こします。この損失を正確に評価し、制御することが色中心開発の最大の課題の一つです。', 'type': 'unstyled', 'depth': 0, 'inlineStyleRanges': [], 'entityRanges': [], 'data': {}}], 'entityMap': {}}}, {'key': '7a3sq', 'term': '量子ビット', 'description': {'blocks': [{'key': 'dtcca', 'text': '従来のデジタルコンピュータが扱う情報の最小単位であるビット（0または1）に対し、量子コンピュータなどの量子情報処理が扱う最小単位のこと。量子力学特有の性質である、0と1の両状態が同時に重なって存在する「量子的重ね合わせ」を利用することで、特定の計算処理を大幅に高速化できると期待されています。色中心の一部は、欠陥に捕らえられた電子のスピンと呼ばれる微小な磁石を制御することで、室温でも安定した量子ビットとして機能します。', 'type': 'unstyled', 'depth': 0, 'inlineStyleRanges': [], 'entityRanges': [], 'data': {}}], 'entityMap': {}}}, {'key': '9op13', 'term': '単一光子源', 'description': {'blocks': [{'key': '68rcq', 'text': '光の最小単位である光子（フォトン）を、一個ずつコントロールして放出できる特殊な光源のこと。通常のレーザーやLEDの光は、統計的な揺らぎを伴う複数の光子が集まったものですが、量子光源は一度に必ず一個の光子(単一光子)のみを出力します。この単一光子の一粒一粒に情報を乗せて伝送することで、原理的に盗聴不能な量子暗号通信などの技術の実現が期待されます。', 'type': 'unstyled', 'depth': 0, 'inlineStyleRanges': [], 'entityRanges': [], 'data': {}}], 'entityMap': {}}}, {'key': '6khfo', 'term': 'ダイヤモンドNVセンター', 'description': {'blocks': [{'key': 'ci55', 'text': 'ダイヤモンド結晶中の炭素原子1個が窒素原子（N）に置換され、それに隣接する炭素原子の空孔（V：Vacancy）と結びついた色中心のこと。室温でも極めて長いスピンコヒーレンス時間（量子情報を保持できる時間）を持ち、単一の欠陥レベルでスピン状態の光制御や読み出しが可能です。現在、最も研究が進んでいる色中心の代表格であり、例えば細胞内の微小な温度や磁気変化を捉える超高感度な量子センサーとしての社会実装が期待されています。', 'type': 'unstyled', 'depth': 0, 'inlineStyleRanges': [], 'entityRanges': [], 'data': {}}], 'entityMap': {}}}, {'key': 'b8lj4', 'term': 'SiC OV中心', 'description': {'blocks': [{'key': '5rfvh', 'text': 'SiC結晶中の炭素原子1個が酸素（O）原子に置換され、シリコンの空孔（V：Vacancy）と結合した色中心のこと。同研究グループが2023年に理論的に提案しました[T. Kobayashi, et al., J. Appl. Phys. 134, 145701 (2023)]。ダイヤモンドNVセンターと類似したスピン構造を持つだけでなく、発光波長が通信波長帯に近い近赤外領域に位置するため、光ファイバー中の伝送損失低減の観点でも有望視されています。また、SiCは大型ウエハを既存の半導体プロセスで生産・微細加工できるため、デバイス化の面でもダイヤモンドを凌駕する大きな利点があります。', 'type': 'unstyled', 'depth': 0, 'inlineStyleRanges': [{'offset': 96, 'length': 23, 'style': 'ITALIC'}], 'entityRanges': [], 'data': {}}], 'entityMap': {}}}]}

['eng']

['岩本蒼典', '原 征大', '渡部平司', '小林拓真']

次世代量子技術の確立に向け、世界中で色中心の研究開発が活発に進められています。しかし、量子センサーに求められる「高輝度発光」と、量子通信に求められる「通信波長帯での急峻な発光」のように応用先毎に求められる発光特性が異なり、数多くの候補を十分な精度をもって統一的に取り扱える色中心探索手法は確立されていませんでした。本研究で確立した高速理論予測手法により、アプリケーション側の要求に応じた効率的な色中心の探索が可能となり、室温動作可能でスケーラブルな量子技術の開発が劇的に加速すると考えています。

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小林 拓真

准教授

工学研究科

https://rd.iai.osaka-u.ac.jp/ja/5a9b0b4063dae614.html