DATE2024.09.10 #Press Releases
分子性量子ビットの量子重ね合わせ状態が化学物質に応答
～ケミカル量子センシングの実現への重要な一歩～
発表概要
量子コンピューティングをはじめとする量子技術の1つである量子センシングは、量子ビットの量子力学的な性質を利用してセンシングを行う技術であり、従来に比べて高感度・高分解能なセンシングが可能になると期待されています。その中でも、分子中の電子スピンを量子ビットとして用いる手法は、分子の有する高い構造の自由度や均一性から盛んに研究されています。しかし、分子性量子ビットの量子センシングに向けた検討はその多くが極低温下に限定されており、また量子ビットを用いて化学物質のセンシングを行う戦略に関しては例が少なく、対応可能な化学種も限られていました。
今回、九州大学大学院工学研究院の山内朗生大学院生、楊井伸浩准教授（現 東京大学大学院理学系研究科 教授）らの研究グループは、分子科学研究所機器センターの浅田瑞枝主任技術員、中村敏和チームリーダー、名古屋大学大学院工学研究科のPirillo Jenny特任助教、同大学未来社会創造機構脱炭素社会創造センターの土方優特任准教授らと共同して、室温下でさまざまな分子を識別可能な量子センシング手法の提案を行いました。
本研究では、ゲスト分子種に応じて構造を変化させる特徴を有するMOFと室温下で利用可能な三重項量子ビットを組み合わせることで、導入するゲスト分子の種類に応じて量子ビットの量子重ね合わせ状態の保持時間を変化させる手法を開発しました。今回の成果により、MOFと量子ビットの組み合わせの多様さを活かしたケミカル量子センサーの実現が期待されます。
本研究成果は、2024年9月2日（現地時間) にNature Researchの国際学術誌「Nature Communications」にオンライン掲載されました。
図：本研究の模式図。ゲストの吸着によって構造を変化させるMOF中に分子性三重項量子ビットを導入し、ゲストを吸着させた際の量子重ね合わせ状態の保持時間（T2）の変化を測定する。
発表雑誌
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雑誌名 Nature Communications論文タイトル