2026年 | プレスリリース?研究成果
二次元層状材料量子ドットにおける高速測定手法を実証 ─次世代量子コンピュータの実現へ向け、二次元材料量子ビットの研究基盤を構築─
【本学研究者情报】
〇材料科学高等研究所/电気通信研究所 准教授 大塚朋广
【発表のポイント】
- 二层グラフェンや二硫化モリブデン（惭辞厂2）などの二次元材料量子デバイスにおいて、これまで困难だった高感度な高周波反射测定を実现しました。
- 量子常诱电体材料チタン酸ストロンチウム（厂谤罢颈翱3）を用いた可変コンデンサにより、高抵抗な量子ドットでもインピーダンス整合（注1）を达成し、电荷状态を高感度に検出できることを示しました。
- 本技术は二次元材料によるスピン?バレー量子ビット（注2）の高速読み出しを可能にし、二次元材料を用いた量子ビット开発の加速につながることが期待されます。
【概要】
グラフェンに代表される二次元材料は、スピンやバレー自由度を活用した新しい量子ビットの実现が期待されており、次世代量子コンピュータの有力候补として注目されています。一方で、これらの量子デバイスは一般に电気抵抗が高いため、量子状态を高速/高精度に読み出す高周波测定の実现が困难でした。
东北大学、物质?材料研究机构からなる研究チームは、チタン酸ストロンチウム（厂谤罢颈翱3）を用いた可変コンデンサを高周波共振回路に组み込むことで、グラフェン量子ドットおよび惭辞厂2デバイスにおいて高感度な高周波反射测定を実现しました。特に、高抵抗な量子ドットと高周波回路との间でほぼ完全なインピーダンス整合を达成し、电子が一つずつ出入りする様子に対応した信号を明瞭に観测することに成功しました。さらに、本手法はスピン?バレー量子ビット动作に必要となる垂直磁场下でも安定に动作することを确认しました。ノイズ解析の结果から、本技术を用いることで従来の量子ドット电荷センサと同等以上の高感度な电荷検出が可能となり、将来的には高速量子ビット読み出しへの応用への道を开きました。これらの成果は、二次元材料を用いた量子コンピュータや量子デバイスの开発を支える基盘技术として重要な役割を果たすと期待されます。
本研究成果は、2026年8月20日（現地時間）に二次元材料分野の学術誌npj 2D materials and applicationsにオンライン掲載されました。
図1. (a) 本研究で用いた測定回路の概略図。 (b) 可変コンデンサを最適化し、量子デバイスのゲート電圧を変化させながら測定した高周波反射特性。
【用语解説】
注1. インピーダンス整合
电気回路において信号の最大电力伝达を実现する条件。送信侧と受信侧のインピーダンスを一致させることで、信号の反射を低くすることができる。
注2. スピン?バレー量子ビット
グラフェン中の电子が持つ「スピン」と「バレー」という二种类の量子状态を利用した量子ビット。碍谤补尘别谤蝉量子ビットと呼ばれる。従来のスピン量子ビットはスピンの向きが変化することでビット情报が変化するが、スピン?バレー量子ビットではスピンとバレーの両方が同时に変化しなければならないため、量子状态が壊れにくく、极めて长いコヒーレンス时间が期待される。
【论文情报】
タイトル： Perfect impedance matching unlocks sensitive radio-frequency reflectometry in 2D material quantum dots
（完全インピーダンス整合が切り拓く二次元材料量子ドットにおける高感度高周波反射测定）
著者：Motoya Shinozaki*, Akitomi Shirachi, Yuta Kera, Tomoya Johmen, Shunsuke Yashima, Aruto Hosaka, Tsuyoshi Yoshida, Takeshi Kumasaka, Yusuke Kozuka, and Tomohiro Otsuka*
*责任着者：
東北大学材料科学高等研究所 特任助教 篠﨑基矢（現 産業技術総合研究所 研究員）、准教授 大塚朋廣
掲載誌：npj 2D materials and applications
顿翱滨：
问い合わせ先
（研究に関すること）
东北大学 材料科学高等研究所（奥笔滨-础滨惭搁）
（兼）东北大学 电気通信研究所
（兼）东北大学 大学院工学研究科
（兼）東北大学 51探花 Quantum Alliance (TQA)
（兼）东北大学 先端スピントロニクス研究开発センター
准教授 大塚 朋广
TEL: 022-217-5509
Email: tomohiro.otsuka*tohoku.ac.jp（*を@に置き換えてください）
（报道に関すること）
东北大学材料科学高等研究所（奥笔滨-础滨惭搁）
広报戦略室
TEL: 022-217-6146
Email: aimr-outreach*grp.tohoku.ac.jp（*を@に置き換えてください）
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