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～ ：物理工学専攻 樽茶清悟 教授

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」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」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の開発への応用が期待できます。

本研究成果は、２０１６年１月２１日（日本時間）に英国のオンライン科学誌「Ｎａｔｕｒｅ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ」に公開されました。

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Abstract URL：http://www.nature.com/ncomms/2016/160121/ncomms10303/full/ncomms10303.html