京都大學,科學技術振興機構(JST),東京大學,東京工業大學,橫浜國立大學,岡山大學

令和3年7月30日

京都大學
科學技術振興機構(JST)
東京大學
東京工業大學
橫浜國立大學
岡山大學

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

京都大學 大學院理學研究科の橫井 太一 修士課程學生、馬 斯嘯 同修士課程學生(現:富士通株式會社)、笠原 裕一 同準教授、笠原 成 同特任準教授(現:岡山大學 異分野基礎科學研究所 教授)、松田 祐司 同教授、東京大學 大學院新領域創成科學研究科の芝內 孝禎 教授、東京工業大學 理學院物理學系の田中 秀數 教授、栗田 伸之 同助教、橫浜國立大學 大學院工學研究院の那須 譲治 準教授、東京大學 大學院工學系研究科の求 幸年 教授の研究グループは、ドイツのケルン大學と共同で、2次元的な平面構造を持つある種の磁性體において現れる「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。

われわれの住む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狀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持ち、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-RuCl(塩化ルテニウム)と呼ばれる蜂の巣狀の平面構造を持つ磁性絶縁體で、非可換エニオン粒子が存在することを示唆する「半整數熱量子ホール効果」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、熱ホール効果の符號は、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、半整數熱量子ホール効果の符號が磁場の方向により逆転する現象を発見し、半整數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よい一致を示し、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上でα-RuCl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)に米國の科學雑誌「サイエンス(Science)」にオンライン掲載されました。

本研究は、日本學術振興會 科學研究費補助金(課題番號:15H02106、15K13533、16H02206、16H00987、16K05414、17H01142、18H01177、18H01180、18H04223、18H05227、JP19K03711)、同 科學研究費補助金 新學術領域研究「トポロジーが紡ぐ物質科學のフロンティア」(課題番號:JP15H05852)および「量子液晶の物性科學」(課題番號:JP19H05824)、JST CREST 研究領域「トポロジカル材料科學に基づく革新的機能を有する材料?デバイスの創出」(課題番號:JP-MJCR18T2、JP-MJCR19T5)の支援を受けて行われました。

<プレスリリース資料>

<論文タイトル>

“Half-integer quantized anomalous thermal Hall effect in the Kitaev material candidate α-RuCl3
DOI:10.1126/science.aay5551

<お問い合わせ先>

(英文)“Half-integer quantized anomalous thermal Hall effect in the Kitaev material candidate α-RuCl3

前に戻る

成在人线AV无码免费高潮水