量子情報理論における大きな未解決問題だった「一般化量子Stein（シュタイン）の補題（generalized quantum Stein’s lemma）」の証明に成功しました。物理学には、エネルギーをどれだけ効率良く変換できるかを決める「熱力学第二法則」があります。量子情報処理にもこれに似た法則があると考えられてきましたが、その定式化の鍵となる「一般化量子Steinの補題」の既存の証明に誤りがあることが近年判明し、重要な未解決問題となっていました。今回の成果によりこの問題が解決され、量子コンピューターでの計算や通信に使われるリソースをどれだけ効率良く変換できるかを決め...

スピンと軌道回転運動の間に強い相互作用が働く「4f電子」の空間分布を、世界で初めて可視化しました。電子のスピン（自転）と軌道回転（公転）が互いに強く結び付いた特異な状態を、放射光X線で直接観測しました。磁石材料や量子コンピューター材料など、次世代技術の基盤となる電子状態の理解に大きく貢献することが期待されます。東京大学 大学院新領域創成科学研究科の鬼頭 俊介 助教、有馬 孝尚 教授（兼：理化学研究所 創発物性科学研究センター センター長）、高輝度光科学研究センターの中村 唯我 研究員、近畿大学 理工学部の杉本 邦久 教授、東北大学 金属材料研究所の野...

低温状態など低エネルギー状態の量子多体ダイナミクスに対する量子計算の大幅な効率化を実現。現在〜将来の量子コンピューターで最も標準的な量子アルゴリズム「トロッター分解」で理論上可能な最大限の高速化を達成。物性物理・量子化学で重要な基底状態、低温状態などのシミュレーションの高速化に貢献。東京大学 大学院工学系研究科の水田 郁 助教と、理化学研究所 開拓研究所／量子コンピュータ研究センターの桑原 知剛 理研白眉研究チームリーダーによる研究グループは、量子コンピューターを用いて、量子力学に従う多数の粒子（量子多体系）の振る舞いを計算する代表的な手法「トロッタ...

有用な量子コンピューターを実現するためには、ノイズの影響を取り除くことが不可欠で、特に「魔法状態」と呼ばれる量子状態のノイズを減らす「魔法状態蒸留」という処理が中心的に使われます。本研究では、魔法状態蒸留でノイズをどれだけ減らしても、そのためのコストを一定の定数以下に抑えることが可能であることを初めて明らかにしました。従来の方法では、ノイズを減らそうとすればするほど、際限なくコストが増大してしまうという問題がありました。この問題を回避するために、高いノイズ除去能力とコスト効率を両立できる新しい量子エラー訂正符号を作り、コストの増加を防ぎながらノイズを除去できる方法を開発しました。...

JST（理事長 橋本 和仁）は、「サイエンスアゴラ2025」を、2025年10月25日（土）・26日（日）にテレコムセンタービルと日本科学未来館（東京都江東区）で開催します。＜科学とくらし　ともに語り　紡ぐ未来＞「サイエンスアゴラ」は、科学技術と社会をつなぐ国内最大級のオープンフォーラムで、あらゆる立場の人たちが集う広場です。20回目の開催となる今年はサイエンスアゴラのビジョンとして掲げる、「科学とくらし　ともに語り　紡ぐ未来」にふさわしく、まさに今、先端研究を担い推進する多くの機関からの出展や、未来の担い手となる中高生が主体となって実施するプログラムが例年以上に多く集まり...

従来のコンピューターでは時間がかかりすぎて解けない問題を解けると期待される光量子コンピューターや、量子力学の原理を用いることで物理的に安全性が保証される量子暗号通信の実現には、量子力学的な相関（量子もつれ）を持つ光子を発生させる光源や、量子もつれを利用して光子の量子状態を遠隔地に転送する量子中継器などの開発が重要です。近年、これらを実現する発光体として、光の波長（色）がそろった単色性が高い光子を生成し、かつ、量子状態を保存するメモリーとして利用可能な、ダイヤモンド中の単一スズ（Sn）欠陥（Vacancy）中心（SnV中心）が注目されています。しかし、これまで単一SnV中心の形成はバルク（塊状）...

酸化物の性質は、金属の価数や空間配列によって大きく左右されます。中でも、結晶骨格を保ちながら特定の原子だけを選択的に出し入れする「トポケミカル反応」は、物性を制御できる手法として広く用いられてきました。しかし、従来は金属サイトの数や配置を保つ「1:1対応」が前提とされ、骨格自体の再構成は不可能と考えられてきました。京都大学 大学院工学研究科の樋口 涼也 修士課程学生、石田 耕大 博士課程学生（研究当時）、高津 浩 准教授、陰山 洋 教授らの研究グループは、京都大学 理学研究科、ボルドー大学、ファインセラミックスセンター、東北大学、桂林理工大学との共同研究により、「1:1対応」を破る新しいトポケ...