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トポロジカル

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1: 2018/03/04(日) 09:43:13.23 ID:CAP_USER
■量子コンピュータ、日本発の原理

 2017年6月のこと。筆者のLinkedInに、ある人物から連絡があった。

 彼はカナダ・バンクーバーの投資家で、量子コンピュータの開発を手掛けるカナダD-Wave Systemsに投資をしている人物だった。
ひとまず電話で話をしたところ、D-Wave Systemsのビジネスの日本展開を推進したいと言う。

 D-Wave Systemsは、シリコンバレー(パロアルト)にも小さな拠点を持っている。
量子コンピュータのチップのウエハーを開発および生産しているチームが、そこを拠点にしていて、事業担当ディレクターもパロアルトに勤務しており、カナダの投資家は筆者に、まずパロアルトの拠点を紹介してくれた。
余談だが、実はこのディレクターは、英国の理論物理学者スティーヴン・ホーキング博士のアシスタントをしていた人物だった。

 パロアルトは、筆者が代表を務めるAZCAのオフィスからも近い。
そこで筆者はD-Wave Systemsのパロアルトオフィスを訪ね、事業担当のディレクター他、数人のキーパーソンに会ってきた。
筆者は、もう自分自身でプロジェクトを担当することは少なくなっているのだが、もしAZCAがこの案件を支援することになるのなら、ぜひとも自分で担当したいと思った。
それくらい、D-Wave Systemsが手掛ける量子コンピュータの分野に興味がわいたのである。

 さて、ここで少しD-Wave Systemsについて大切な補足をしておきたい。

 量子コンピュータの原理は、今から30年以上前となる1985年、英国オックスフォード大学の物理学者デイビッド・ドイチェ氏が、量子チューリングマシンなるものを定義したことで知られている。
そして1994年に米国マサチューセッツ工科大学(MIT)のピーター・ショア教授が発表した論文がきっかけとなって、量子コンピュータ実現のためのさまざまな研究が進み、今では大きく分けて3つの方式の研究開発が主流になっている。
Google、IBM、Intel、Alibabaなどが進める量子ゲート方式、Microsoftが進めるトポロジカル方式、そしてD-Wave Systems、Google、IARPA-QEOなどが進める量子アニーリング方式である。
D-Wave Systemsが開発した量子コンピュータは、
「量子アニーリング(量子焼きなまし)」という原理(方式)が採用されている。

 実は、量子アニーリングは、1998年に東京工業大学(東工大)の西森秀稔氏と門脇正史氏によって提案された、“日本生まれ”の技術だ。

 2017年7月に東京で高校時代からの親しい友人に会う機会があった。
彼も西森教授と同じ東京大学理学部物理学科の出身だったので、西森教授を知っているかと聞いてみたところ、本当に奇遇なことに、「知るも何も、西森君は東大時代の非常に親しい後輩だ。
もちろんよく知っている」と言って、その場ですぐに筆者を西森氏に紹介してくれた。
そんなことから、筆者は翌8月末に早稲田ビジネススクールでの集中講義のために再び東京を訪れたその足で、西森教授の研究室を訪ねた。そして、話は大いに盛り上がったのである。

もちろん、D-Wave Systemsも西森氏のことは非常に尊敬していて、いろいろとアドバイスをもらったという。
D-Wave Systemsの創設者によれば、彼は以前、西森氏が米国の大学で量子コンピュータについて講義を行った時に、その講義に出席し、熱心に質問することができたという。

続きはソースで

画像左=D-Wave Systemsの量子コンピュータ「D-Wave 2000Q」 出典:D-Wave Systems
/右=D-Wave Systemsのシステム担当シニアバイスプレジデントが筆者にマシンを説明している
http://image.itmedia.co.jp/ee/articles/1802/26/mm3017_180226quantum3.jpg
http://image.itmedia.co.jp/ee/articles/1802/26/mm3017_180226quantum4.jpg

EE Times Japan
http://eetimes.jp/ee/articles/1802/26/news021.html
ダウンロード


引用元: 【テクノロジー】予算なき量子コンピュータ開発、欧米より一桁低い日本を憂う[03/01]

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1: 2016/07/23(土) 09:20:26.52 ID:CAP_USER
光照射だけでスピン偏極電流が発生する磁性トポロジカル絶縁体 | 理化学研究所
http://www.riken.jp/pr/press/2016/20160720_4/
光照射だけでスピン偏極電流が発生する磁性トポロジカル絶縁体 | 60秒でわかるプレスリリース | 理化学研究所
http://www.riken.jp/pr/press/2016/20160720_4/digest/


現在、電子の持つ電荷とスピンの両方を利用する新しい電子工学で、次世代の省電力・不揮発性の電子素子の動作原理を提供すると期待されている「スピントロニクス」の研究が進展しています。そのような中、スピントロニクス応用への有力な候補の一つが「トポロジカル絶縁体」です。

トポロジカル絶縁体は、内部は絶縁体であるにもかかわらず、表面にはスピン(電子の自転運動)の向きが揃った(スピン偏極した)ディラック電子が流れており、金属のように電気伝導を示します。通常は、逆向きにスピン偏極した電子も流れているため磁性を示しませんが、電流を流すと特定の向きのスピン密度が増加して、磁気的性質が変化します。この変化をスピントロニクスに応用したいのですが、電流を流すことで熱が発生してエネルギーが逃げてしまうという欠点があります。

一方で、物質が光を吸収することで電子の運動状態が変化したときに生じる電流を「光電流」といいます。発生した光電流のスピンが揃っている場合は、スピン偏極光電流と呼ばれます。

続きはソースで

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引用元: 【物性物理学】光照射だけでスピン偏極電流が発生する磁性トポロジカル絶縁体 高速スピントロニクスへの応用に前進 [無断転載禁止]©2ch.net

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1: 2016/05/18(水) 21:25:43.21 ID:CAP_USER
【プレスリリース】固体中の磁気モノポールが生み出す電磁気効果を観測 —古典電磁気学を超えた新現象・新デバイス開拓にさらなる期待— - 日本の研究.com
https://research-er.jp/articles/view/46440


1.発表者:

金澤 直也(東京大学大学院 工学系研究科 物理工学専攻 助教・理化学研究所 創発物性科学研究センター 客員研究員)
新居 陽一(研究当時:理化学研究所 創発物性科学研究センター 特別研究員/現:東京大学大学院 総合文化研究科 広域科学専攻 助教)
Xiao-Xiao Zhang(東京大学大学院 工学系研究科 物理工学専攻 博士課程1年)
Andrey S. Mishchenko(理化学研究所 創発物性科学研究センター 上級研究員)
Giulio De Filippis(SPIN-CNR and Dipartimento di Fisica, Universita di Napoli Federico II 教授)
賀川 史敬(理化学研究所 創発物性科学研究センター ユニットリーダー)
岩佐 義宏(理化学研究所 創発物性科学研究センター チームリーダー・東京大学大学院工学系研究科 物理工学専攻 教授)
永長 直人(理化学研究所 創発物性科学研究センター 副センター長・東京大学大学院工学系研究科 物理工学専攻 教授)
十倉 好紀(理化学研究所 創発物性科学研究センター センター長・東京大学大学院工学系研究科 物理工学専攻 教授)


2.発表のポイント:

•キラル(注1)な磁性体におけるトポロジカル磁気構造体(注2)が電子にとって磁気モノポール(注3)として 振舞い、磁気モノポールの対消滅に伴って大きな電磁気効果が発生することを観測した。

•古典電磁気学では存在しないと仮定していた磁気モノポールを固体中の電子が住む空間に作り出すことができ、それに由来する新規トポロジカル相転移現象(注4)を発見した。

•磁気モノポールに由来する未踏の電磁気現象の開拓や磁性を利用したエレクトロニクスにおける新しい磁気情報転送技術など革新的なデバイス開発への利用が期待される。


3.発表概要:

 電磁気学では、電気の力の源である粒子(陽子や電子)に対応する磁気粒子、すなわち磁気モノポール、は存在しないと仮定して体系化されており、実際に磁気モノポールは未だ観測されていません。磁気の力は電子の自転(スピン)によって生み出されているため、磁石の N極と S 極を引き離して、磁気の力の湧き出し口や吸い込み口となる粒子を作り出すことはできません。しかし、電子の幾何学的位相(注5)を利用すれば物質中にのみ磁気モノポールを発現させることが理論的には可能と予測されており、その実現が期待されてきました。

 東京大学大学院工学系研究科の金澤直也助教、理化学研究所創発物性科学研究センターの十倉好紀センター長、永長直人副センター長、岩佐義宏チームリーダーらの研究グループは、キラルな磁性体におけるトポロジカルスピン構造(注2)が物質中に磁気モノポールを生み出し、磁気モノポールが対消滅するトポロジカル相転移の際に大きな電磁気効果が現れることを観測しました。

 磁気モノポールを創り出すことによって、電磁気学の基本方程式の変更に伴う新現象の開拓に道筋が立ち、応用面でも新しい磁気情報転送技術など革新的な磁気デバイスを開発できる可能性が生まれました。

続きはソースで

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引用元: 【電磁気学】固体中の磁気モノポールが生み出す電磁気効果を観測 古典電磁気学を超えた新現象・新デバイス開拓にさらなる期待 [無断転載禁止]©2ch.net

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1: 2016/04/28(木) 12:02:46.45 ID:CAP_USER.net
新しいトポロジカル物質「ワイル半金属」を発見 -超... | プレスリリース | 東北大学 -TOHOKU UNIVERSITY-
http://www.tohoku.ac.jp/japanese/2016/04/press20160426-01.html
http://www.tohoku.ac.jp/japanese/newimg/pressimg/tohokuuniv-press20160426_01web.pdf


東北大学原子分子材料科学高等研究機構(AIMR)の相馬清吾准教授、高橋 隆教授、同理学研究科の佐藤宇史准教授、大阪大学産業科学研究所の小口多美夫教授、ケルン大学(ドイツ)の安藤陽一教授らの研究グループは、新型トポロジカル物質「ワイル半金属」の発見に成功しました。

続きはソースで

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引用元: 【材料科学】新しいトポロジカル物質「ワイル半金属」を発見 超高速・低消費電力な次世代デバイスの開発に弾み
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1: 2016/01/23(土) 12:10:48.29 ID:CAP_USER.net
共同発表:トポロジカル絶縁体による4π周期の超伝導状態を世界で初めて観測
http://www.jst.go.jp/pr/announce/20160122/index.html


ポイント
通常の基本粒子とは異なる「マヨラナ粒子」の検証には、トポロジカル絶縁体と超伝導体を接合させた試料構造を用いることが有効ですが、取り扱いが難しくほとんど研究が進んでいませんでした。
今回、トポロジカル絶縁体と超伝導体の接合を検討するなかで、エネルギーがゼロとなる状態を持つアンドレーフ束縛状態の観測に世界で初めて成功しました。
この結果は、理論予測されている「保護された超伝導状態」の生成に有望であり、マヨラナ粒子の実証へ繋がることが期待できます。
今後、マヨラナ粒子の実証実験やその制御法の開発をさらに進めることで、環境変化に対して極めて安定なトポロジカル量子コンピューターの開発へ応用が期待できます。


JST 国際科学技術共同研究推進事業(戦略的国際共同研究プログラム)の一環として、東京大学 大学院工学系研究科の樽茶 清悟 教授、理化学研究所(理研) 創発物性科学研究センターのラッセル・スチュワート・ディーコン 研究員、大阪大学 産業科学研究所の大岩 顕 教授、ドイツのビュルツブルグ大学のローレンス・モーレンカンプ 教授らのグループは、トポロジカル絶縁体注1)と超伝導体の接合において、エネルギーがゼロとなる状態を持つアンドレーフ束縛状態注2)を観測することに世界で初めて成功しました。
この結果は、同接合が理論的に予測されている「保護された超伝導状態注3)」の生成に有望であることを示すもので、これにより通常の基本粒子とは異なる粒子「マヨラナ粒子注4)」の検証実験が大きく進むことが期待されます。

マヨラナ粒子を用いるとエラーの影響を受けにくい量子コンピューティングの開発が可能になることから、マヨラナ粒子の検証に向けて、世界的に集中的な研究が行われています。
トポロジカル絶縁体と超伝導体の接合はその検証実験ための有力な試料構造とされていますが、ほとんど研究が進んでいません。
本成果は、電気的性質に優れたトポロジカル絶縁体であるテルル化水銀(HgTe)を用いてジョセフソン接合注5)を作り、マイクロ波を照射したときに発現する超伝導特性の量子化値注6)が通常の倍になることを観測することによって同接合がマヨラナ粒子の生成に有用な試料構造であることを示しました。

近年、周囲の環境変化によって発生するエラーの影響を受けにくい量子コンピューティングが着目されていますが、今後、マヨラナ粒子の検証実験やその制御法の開発を行うことで、環境変化に対して極めて安定なトポロジカル量子コンピューター注7)の開発への応用が期待できます。

本研究成果は、2016年1月22日(日本時間)に英国のオンライン科学誌「Nature Communications」に公開されます。

続きはソースで

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引用元: 【量子力学】トポロジカル絶縁体による4π周期の超伝導状態を世界で初めて観測 環境雑音に強い量子コンピューターへの期待膨らむ

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1: 2015/11/05(木) 12:35:00.50 ID:???.net
粒子と反粒子が同じである「マヨラナ粒子」の存在を理論的に確認―NIMS川上拓人氏ら | サイエンス - 財経新聞
http://www.zaikei.co.jp/article/20151104/276965.html
自身の反粒子に等しい奇妙なマヨラナ粒子、物質の中での確認に大きく前進 | NIMS
http://www.nims.go.jp/news/press/2015/10/201510210.html

画像
http://www.nims.go.jp/news/press/2015/10/hdfqf1000006wf3b-img/hdfqf1000006wf6q.jpg
プレスリリースの図1: トポロジカル超伝導体の量子渦に局在するマヨラナ粒子の模式図と理論計算による超伝導準粒子励起密度分布。


 物質・材料研究機構(NIMS)の川上拓人特別研究員・古月暁主任研究者のグループは、今年1月に中国の研究グループによって報告された「特殊な超伝導状態に関する実験結果」がマヨラナ粒子と呼ばれる粒子の存在証拠になっていることを理論的に示した。

 粒子と反対の電荷を持つ粒子は、反粒子と呼ばれており、その存在も実証されている。例えば、電子の反粒子として陽電子が存在する。E.マヨラナは、電荷が中性で反粒子も自身に等しい粒子(マヨラナ粒子)の存在を提案したが、こちらは提唱から80年近く経った今でも存在が確認されていない。

 一方、今年になって上海交通大学の実験グループが、従来型のs波超伝導体基盤の上に3次元トポロジカル絶縁体薄膜を成長させ、走査型トンネル顕微鏡(STM)を用いて、超伝導量子渦の中心部で大きなゼロエネルギー準粒子励起密度を観測している。

 本研究では、従来型s波超伝導体とトポロジカル絶縁体のヘテロ構造について、Bogoliubov-de Gennes方程式を解くことによって、準粒子励起を解析した。

続きはソースで

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引用元: 【素粒子物理学】粒子と反粒子が同じである「マヨラナ粒子」の存在を理論的に確認 NIMS

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