量子コンピューターのワイルドカードとなる粒子を解明
京都大学、科学技術振興機構、東京大学、東京工業大学、横浜国立大学、岡山大学の共同プレスリリースです
2021（令和3）年 7月 30日
国立大学法人岡山大学
https://www.okayama-u.ac.jp/
◆概 要
京都大学大学院理学研究科の横井太一 修士課程学生、馬斯嘯 同修士課程学生（現：富士通株式会社）、笠原裕一 同准教授、笠原成 同特任准教授（現：岡山大学異分野基礎科学研究所教授）、松田祐司 同教授、東京大学大学院新領域創成科学研究科の芝内孝禎 教授、東京工業大学理学院物理学系の田中秀数 教授、栗田伸之 同助教、横浜国立大学大学院工学研究院の那須譲治 准教授、東京大学大学院工学系研究科の求幸年 教授の研究グループは、ドイツのケルン大学と共同で、2次元的な平面構造をもつある種の磁性体において現れる「非可換エニオン」と呼ばれる粒子（正確には準粒子）の性質を解明しました。
我々の住む３次元世界では、2つの同種の粒子を2回入れ替えると必ず元の状態に戻ってしまいます。これに対し非可換エニオン粒子は、2回入れ替えても元には戻らない（非可換）という奇妙な性質をもち、トポロジカル量子コンピューターと呼ばれる環境ノイズに強い量子コンピューターの動作を可能にする基本粒子です。今回注目した物質はα-RuCl3（塩化ルテニウム）と呼ばれる蜂の巣状の平面構造をもつ磁性絶縁体で、非可換エニオン粒子が存在することを示唆する「半整数熱量子ホール効果」が観測されていました。
非可換エニオンは、自身が反粒子と同一であるマヨラナ粒子で構成され、熱ホール効果の符号は、マヨラナ粒子の動きが右ひねりと左ひねりのメビウスの輪のどちらに対応するか、というようなトポロジーにより決まります。非可換エニオンの存在を決定的にするためにはそのトポロジーの詳細を明らかにする必要があります。
研究グループは、半整数熱量子ホール効果の符号が磁場の方向により逆転する現象を発見し、半整数熱量子ホール効果が現れる磁場方向を特定することで、非可換エニオン粒子のトポロジーを決定することに成功しました。
本研究により明らかとなった非可換エニオン粒子のトポロジーは理論模型と良い一致を示し、非可換エニオン粒子が物質中に安定して存在することが明らかになりました。このことは、トポロジカル量子コンピューターを実現するうえでα-RuCl3が有力な候補物質であることを示しています。
本成果は、2021年7月29日（現地時間）に米国の科学雑誌「サイエンス(Science)」にオンライン掲載されました。
◆論文情報
タイトル：Half-integer quantized anomalous thermal Hall effect in the Kitaev material candidate α-RuCl3（キタエフ候補物質α-RuCl3における半整数量子化異常熱ホール効果）
著 者：T. Yokoi†, S. Ma†, Y. Kasahara*, S. Kasahara, T. Shibauchi, N. Kurita, H. Tanaka, J. Nasu, Y. Motome, C. Hickey, S. Trebst, and Y. Matsuda*（†：equal contribution、*：責任著者）
掲 載 誌：Science
D O I：10.1126/science.aay5551
◆詳しいプレスリリースについて
量子コンピューターのワイルドカードとなる粒子を解明
https://www.okayama-u.ac.jp/up_load_files/press_r3/press20210730-2.pdf
◆本件お問い合わせ先
笠原 裕一（かさはら ゆういち）
京都大学大学院理学研究科・物理学・宇宙物理学専攻・准教授
＜JST事業に関すること＞
嶋林 ゆう子（しまばやし ゆうこ）
科学技術振興機構 戦略研究推進部 グリーンイノベーショングループ
TEL : 03-3512-3526 FAX : 03-3222-2066
E-mail：presto◎jst.go.jp
＜取材・報道に関すること＞
京都大学 総務部広報課国際広報室
TEL : 075-753-5729
E-mail : comms◎mail2.adm.kyoto-u.ac.jp
科学技術振興機構 広報課
TEL : 03-5214-8404 FAX : 03-5214-8432
E-mail : jstkoho◎jst.go.jp
東京大学 大学院新領域創成科学研究科 広報室
TEL：04-7136-5450
E-mail：press◎k.u-tokyo.ac.jp
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TEL：070-3121-5626
E-mail：kouhou◎pr.t.u-tokyo.ac.jp
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TEL：03-5734-2975 FAX：03-5734-3661
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横浜国立大学 総務企画部学長室広報・渉外係
TEL : 045-339-3027 FAX : 045-339-3179
E-mail : press◎ynu.ac.jp
岡山大学 総務・企画部広報課
TEL : 086-251-7292・7293 FAX : 086-251-7294
E-mail : www-adm◎adm.okayama-u.ac.jp
※@を◎に置き換えています。
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岡山大学研究推進機構 産学連携・知的財産本部
〒700-8530 岡山県岡山市北区津島中1丁目1番1号 岡山大学津島キャンパス 本部棟1階
E-mail：sangaku◎okayama-u.ac.jp
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岡山大学SDGsホームページ：https://sdgs.okayama-u.ac.jp/
岡山大学Image Movie (2020)：https://youtu.be/pKMHm4XJLtw
産学共創活動「岡山大学オープンイノベーションチャレンジ」2021年8月期共創活動パートナー募集中：
https://prtimes.jp/main/html/rd/p/000000197.000072793.html
岡山大学『企業の人事担当者から見た大学イメージ調査2022年度版』中国・四国１位!!
https://prtimes.jp/main/html/rd/p/000000122.000072793.html
岡山大学『THEインパクトランキング2021』総合ランキング 世界トップ200位以内、国内同列１位!!
https://prtimes.jp/main/html/rd/p/000000070.000072793.html
国立大学法人岡山大学
https://www.okayama-u.ac.jp/
◆概 要
京都大学大学院理学研究科の横井太一 修士課程学生、馬斯嘯 同修士課程学生（現：富士通株式会社）、笠原裕一 同准教授、笠原成 同特任准教授（現：岡山大学異分野基礎科学研究所教授）、松田祐司 同教授、東京大学大学院新領域創成科学研究科の芝内孝禎 教授、東京工業大学理学院物理学系の田中秀数 教授、栗田伸之 同助教、横浜国立大学大学院工学研究院の那須譲治 准教授、東京大学大学院工学系研究科の求幸年 教授の研究グループは、ドイツのケルン大学と共同で、2次元的な平面構造をもつある種の磁性体において現れる「非可換エニオン」と呼ばれる粒子（正確には準粒子）の性質を解明しました。
我々の住む３次元世界では、2つの同種の粒子を2回入れ替えると必ず元の状態に戻ってしまいます。これに対し非可換エニオン粒子は、2回入れ替えても元には戻らない（非可換）という奇妙な性質をもち、トポロジカル量子コンピューターと呼ばれる環境ノイズに強い量子コンピューターの動作を可能にする基本粒子です。今回注目した物質はα-RuCl3（塩化ルテニウム）と呼ばれる蜂の巣状の平面構造をもつ磁性絶縁体で、非可換エニオン粒子が存在することを示唆する「半整数熱量子ホール効果」が観測されていました。
非可換エニオンは、自身が反粒子と同一であるマヨラナ粒子で構成され、熱ホール効果の符号は、マヨラナ粒子の動きが右ひねりと左ひねりのメビウスの輪のどちらに対応するか、というようなトポロジーにより決まります。非可換エニオンの存在を決定的にするためにはそのトポロジーの詳細を明らかにする必要があります。
研究グループは、半整数熱量子ホール効果の符号が磁場の方向により逆転する現象を発見し、半整数熱量子ホール効果が現れる磁場方向を特定することで、非可換エニオン粒子のトポロジーを決定することに成功しました。
本研究により明らかとなった非可換エニオン粒子のトポロジーは理論模型と良い一致を示し、非可換エニオン粒子が物質中に安定して存在することが明らかになりました。このことは、トポロジカル量子コンピューターを実現するうえでα-RuCl3が有力な候補物質であることを示しています。
本成果は、2021年7月29日（現地時間）に米国の科学雑誌「サイエンス(Science)」にオンライン掲載されました。
物理系VTuber固体量子
◆論文情報
タイトル：Half-integer quantized anomalous thermal Hall effect in the Kitaev material candidate α-RuCl3（キタエフ候補物質α-RuCl3における半整数量子化異常熱ホール効果）
著 者：T. Yokoi†, S. Ma†, Y. Kasahara*, S. Kasahara, T. Shibauchi, N. Kurita, H. Tanaka, J. Nasu, Y. Motome, C. Hickey, S. Trebst, and Y. Matsuda*（†：equal contribution、*：責任著者）
掲 載 誌：Science
D O I：10.1126/science.aay5551
◆詳しいプレスリリースについて
量子コンピューターのワイルドカードとなる粒子を解明
https://www.okayama-u.ac.jp/up_load_files/press_r3/press20210730-2.pdf
◆本件お問い合わせ先
笠原 裕一（かさはら ゆういち）
京都大学大学院理学研究科・物理学・宇宙物理学専攻・准教授
＜JST事業に関すること＞
嶋林 ゆう子（しまばやし ゆうこ）
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TEL : 03-3512-3526 FAX : 03-3222-2066
E-mail：presto◎jst.go.jp
＜取材・報道に関すること＞
京都大学 総務部広報課国際広報室
TEL : 075-753-5729
E-mail : comms◎mail2.adm.kyoto-u.ac.jp
科学技術振興機構 広報課
TEL : 03-5214-8404 FAX : 03-5214-8432
E-mail : jstkoho◎jst.go.jp
東京大学 大学院新領域創成科学研究科 広報室
TEL：04-7136-5450
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東京大学 大学院工学系研究科 広報室
TEL：070-3121-5626
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東京工業大学 総務部広報課
TEL：03-5734-2975 FAX：03-5734-3661
E-mail：media◎jim.titech.ac.jp
横浜国立大学 総務企画部学長室広報・渉外係
TEL : 045-339-3027 FAX : 045-339-3179
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岡山大学 総務・企画部広報課
TEL : 086-251-7292・7293 FAX : 086-251-7294
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岡山大学研究推進機構 産学連携・知的財産本部
〒700-8530 岡山県岡山市北区津島中1丁目1番1号 岡山大学津島キャンパス 本部棟1階
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※◎を@に置き換えて下さい
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岡山大学メディア「OTD」：https://prtimes.jp/main/html/rd/p/000000011.000072793.html
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岡山大学『企業の人事担当者から見た大学イメージ調査2022年度版』中国・四国１位!!
https://prtimes.jp/main/html/rd/p/000000122.000072793.html
岡山大学『THEインパクトランキング2021』総合ランキング 世界トップ200位以内、国内同列１位!!
https://prtimes.jp/main/html/rd/p/000000070.000072793.html
国立大学法人岡山大学は、国連の「持続可能な開発目標（SDGs）」を支援しています。また、政府の第1回「ジャパンSDGsアワード」特別賞を受賞しています
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