原子以下の世界の振る舞いを説明する「量子力学」と、星や銀河の動きを支配する「一般相対性理論」は現代物理学の二大柱であり、これらを単一の理論に統合する方法については、まだ合意が得られていません。量子重力理論においては重力が量子重ね合わせの状態、つまり異なる状態を同時にとっているようなシナリオが想定されるべきであるという理論が、広く受け入れられています。近年、いくつかの理論的実験において、重力を介して相互作用する量子粒子の振る舞いを通じて、そのような効果を間接的に観測できる可能性が示唆されており、重力場の量子重ね合わせという概念を検証するための最も単純な手法を提供するものであるため、大きな関心...

　時間の本質は、物理学における最も根源的な問いの一つです。本研究成果はこれまで検出が不可能と考えられてきた「時間の量子的性質」が、最先端の原子時計によって観測可能な段階に近づいていることを示しました。　相対性理論によれば、時間の流れは時計の運動や重力の影響を受けます。これに対し量子論は、「時計が量子力学に従う場合、異なる経路の重ね合わせ状態として存在でき、その結果として時間も重ね合わせ状態になる」という新たな視点を加えます。　本研究では、九州大学高等研究院稲盛フロンティアプログラムのジョシュア・フー准教授の研究グループと、米国コロラド州立大学のクリスチャン・サナー助教、米国国...

　酸素同位体比は、地球環境や生命活動、さらには太陽系形成過程を解明するための重要な指標です。しかしながら、微小な鉱物粒子に対し、試料を破壊せずに同位体情報を取得することは難しく、新たな分析手法の確立が求められています。　九州大学 大学院理学研究院の荒川雅 准教授は、かんらん石の一種であるフォルステライト（Mg2SiO4）において、含まれる酸素同位体（16O,17O,18O）比の違いがラマンスペクトルに与える影響を、第一原理計算(※3)により体系的に解明しました。　これ...

　金属内に侵入した水素は、熱運動が凍結するような低温環境下においても、トンネル運動によって拡散します。その結果、母金属の性能を低下させることが知られています。このため、金属中における水素の量子的挙動の解明に向けて、多くの研究が行われてきました。特に、金属が超伝導転移すると電子状態が大きく変化するため、それに伴って水素の量子的な振る舞いも変化し、超伝導特性に影響を及ぼすと予想されています。しかし、その詳細についてはほとんど明らかになっていません。とりわけ、微視的視点からの特性変化の理解は、長年の課題となっていました。　九州大学大学院工学研究院の河江達也准教授、大学院工学府博士課程3年の...

量子力学では、物理量が同時に異なる状態をとる「量子的重ね合わせ」という性質が成り立ちます。この基本的性質がどこまで成り立つのかは現代物理学の重要な研究課題です。特に重力にも量子的重ね合わせが成立するのかという「重力の量子性」が大きな関心を集めています。二つの物体が重力のみを介して量子もつれを作る「重力誘起エンタングルメント」が観測されれば、重力がこの量子的性質を持つことを示す重要な証拠となります。巨視的な鏡とレーザー光が結合するオプトメカ系は、この問題を実験的に検証する有力な手法として注目されています。九州大学大学院理学府の福澄諒太郎さん、畠山広聖さん、同大学院理学研究院の山本一博...

　これまで連星系(※4)からの重力波は、古典的に記述されると信じられてきました。　研究グループは、連星系が生成するグラビトンの量子状態を定量的に評価し、10-4のオーダーで、古典的な重力波に最も近いコヒーレント状態(※5)からのズレが存在することを明らかにしました。　九州大学大学院理学研究院の菅野優美准教授、神戸大学大学院理学研究科の早田次郎教授および九州大学大学院理学府博士課程１年の谷口彰らの研究グループは、連星系からの重力波の解析を行い、重力波に潜む量子性の存在を明らかにしました。　最後の未発見粒子であるグラビトンの発見に貢献することが期待さ...

量子情報は、古典情報とは異なり完全には複製できないという「量子複製禁止定理（※1）」に従います。この制約のため、量子データを安全にバックアップしたり、多重に保存して耐故障性を確保したりすることが困難であり、量子通信・量子計算・量子クラウド技術の発展における大きな障壁の一つとなっていました。その一方で、この制約と矛盾せずに量子情報を複数の複製として冗長化する方法はこれまで知られておらず、その解明が強く求められていました。本研究では、量子複製禁止定理と整合したまま量子情報の“暗号化クローン”を複数生成し、これらのクローンのうちの任意に選んだ一つから元の情報を復元できる新しいプロトコルを...

SOFCは、高効率かつ高耐久な燃料電池の１つです。水素を燃料とし、発電時に二酸化炭素を排出しない発電デバイスであり、水素エネルギー社会実現に向けた中核技術として注目されています。しかし、発電の動作温度は700~800℃と高く、高価な耐熱材料の使用による材料コストが課題となっています。もし300℃程度の中温度域で発電できれば、より安価な耐熱材料の使用によるコスト削減が期待されますが、この温度域で十分な性能を持つ電解質材料はこれまで見つかっていませんでした。九州大学エネルギー研究教育機構・工学府材料工学専攻の山崎仁丈教授の研究グループは、スズ酸バリウム（BaSnO3）とチタン酸バリウム...

「量子もつれ」の構造の解明は、理論物理と量子情報の双方にとって中心的課題ですが、これまでの研究の多くは1+1次元に限定されています。量子もつれ構造の解析は1+1次元を超えると急激に難しくなり、高次元の量子もつれ構造に対する新しい解析手法が望まれていました。九州大学高等研究院の楠亀裕哉准教授（理化学研究所数理創造研究センター客員研究員を兼務）、カリフォルニア工科大学の大栗博司教授（東京大学国際高等研究所カブリ数物連携宇宙研究機構教授を兼務）およびSridip Pal研究員からなる共同研究グループは、近年素粒子論において高次元理論の解析を大きく前進させた「熱的有効理論」と呼ばれる手法に...

高濃度に水素を吸蔵した金属に超高圧を印加すると室温近傍でも超伝導転移が観測されるなど、金属水素化物が示す多彩な性質は様々な先端科学分野において利用が期待されています。今回注目したイットリウム水素化物では、水素濃度の上昇とともに金属－絶縁体転移が出現することにより、電気伝導性や光学的性質が大きく変化することが知られていました。しかしどのような機構でそのような大きな物性の変化が出現するのか、その微視的な起源の解明は長年の課題でした。九州大学大学院工学研究院の河江達也准教授と宮川一慶元博士大学院生(令和５年修了)、志賀雅亘助教、稲垣祐次元助教(現：岡山理科大学准教授)の研究グループはマイ...

自然科学研究機構分子科学研究所の古池美彦助教、尾上靖宏研究員、斉藤真司教授、秋山修志教授、九州大学先導物質化学研究所の森俊文准教授らの研究グループは、生物が体内で時間を計る仕組みである「体内時計」では、「時計の針」を動かすかのように化学反応の進み具合を調節するタンパク質のメカニズムが働いていることを解明しました。本研究は、「タンパク質に秘められた、化学反応をあえて止めたりタイミングを見計らって進めたりする仕組み」を解明する学問的意義が極めて高い研究成果です。本研究は、米国科学アカデミーが発行する国際学術誌「PNAS Nexus」に、2025年４月28日に掲載されました。研...

Cu-Al-Mn系形状記憶合金は、原料が安価で加工しやすく、高い超弾性を持つことから、耐震材料や医療デバイスなど幅広い分野での応用が期待されています。さらに性能を高めるためには合金の原子の並びと配列の変化を詳しく知る必要があります。しかしこれまでの技術でこれらを調べることは困難でした。東北大学と九州大学、株式会社古河テクノマテリアル（神奈川県平塚市、花谷健社長）の共同研究グループは、Cu-Al-Mn系形状記憶合金の原子レベルでの構造変化を解明しました。X線吸収分光法（XAS）と第一原理計算（DFT）（注４）を用いて、熱処理による合金内部のMn原子の動きやナノスケール...

東京大学大学院理学系研究科の小堀拓生大学院生（当時日本電信電話インターン生）と藤堂眞治教授、日本電信電話株式会社の鈴木泰成研究員と徳永裕己研究員、理化学研究所量子コンピュータ研究センターの上野洋典基礎科学特別研究員、そして九州大学大学院システム情報科学研究院の谷本輝夫准教授らによる研究グループは、従来の計算機の基本設計であるロードストア型計算機の考え方を量子計算機に適用した、新たな誤り耐性量子計算のアーキテクチャを提案しました。本技術は、プログラムの高い移植性（他の環境への移行のしやすさ）と高効率な量子ハードウェアの活用を可能とするものであり、有用な量子計算の早期実現を加速す...