あらゆる材料に適用可能な量子ビット評価手法を確立

～2次元材料・ヘテロ構造まで網羅～

2025（令和7）年11月28日
東北大学
科学技術振興機構（JST）

発表のポイント

材料中の量子ビットの安定性を高速に判定する新手法を開発しました。
3次元材料に限られていた安定性評価法を、2次元材料やヘテロ構造材料へ拡張する理論を世界で初めて確立し、安定性の高い190種類の2次元材料を特定しました。
AI時代に不可欠な量子コンピューターや量子センサーなど、あらゆる量子デバイス開発の共通指針として活用が期待されます。

量子コンピューター向け材料を見分ける新しい方法を発見しました。
東北大学の金井 駿 准教授、米国 シカゴ大学および米国 アルゴンヌ国立研究所のジューリア・ガリ 教授、マイケル・トリヤマ 博士らの研究チームは、材料内部の磁気的な揺らぎが量子状態を乱す仕組みに注目し、計算科学を使って量子状態の安定性を高速に予測する手法を開発しました。
特に、従来は3次元の材料のみが評価可能でしたが、今回、2次元材料や積層構造まで解析を広げることで、より実在材料に近い環境で量子状態の安定性を予測することに成功しました。約千種類の候補から190種類の有望な材料を抽出し、中でも代表的な2次元材料である二硫化タングステン（WS₂）では、きわめて長い時間（35ミリ秒（ミリ秒は1000分の1秒））量子状態が持続することを予測しました。
この手法は、数万種類規模の新材料設計にも応用でき、将来的には量子コンピューターの心臓部となる素子や、超高感度な量子センサーの開発を大きく前進させることが期待されます。
本成果は2025年11月26日（現地時間）付で、「npj 2D Materials and Applications」に掲載されました。
本研究の一部は、JST 戦略的創造研究推進事業 さきがけ（課題番号：JPMJPR21B2）、JSPS 科研費（課題番号：JP23KK0092）、QST-SIPプログラム、東北大学 新領域創成のための挑戦研究デュオの支援を受けて行われたものです。

＜プレスリリース資料＞

本文　PDF（5.87MB）

＜論文タイトル＞

“Strategies to search for two-dimensional materials with long spin qubit coherence time”

DOI：10.1038/s41699-025-00623-8

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