阪大・東大・学習院大・JST、幻の素粒子「マヨラナ粒子」の量子テレポーテーション現象を解明

【プレスリリース】発表日:2023年12月06日

幻の素粒子"マヨラナ粒子"の量子テレポーテーション現象を解明

〜トポロジカル量子コンピューターの実現へ道〜

【研究成果のポイント】

◆マヨラナ粒子は未だ実存証明されていない素粒子ですが、特殊な磁性絶縁体中では、強い量子もつれ状態として実現することが予言されていたものの、それを実験で測定する方法は不明でした。

◆今回、理論解析と数値シミュレーションによって、マヨラナ粒子の量子もつれを利用した量子テレポーテーション現象を解明し、電気的に測定可能であることを示しました。

◆上記の測定は、物質中のマヨラナ粒子の実存証明を与えます。また、マヨラナ粒子を用いたトポロジカル量子コンピュータの実現への道を切り開きます。

■概要

大阪大学大学院基礎工学研究科の大学院生 高橋雅大さん、水島健准教授、藤本聡教授、東京大学大学院理学系研究科の山田昌彦特任講師、学習院大学理学部物理学科の宇田川将文教授からなる研究チームが、特殊な磁性体中に存在するマヨラナ粒子（※1）の量子もつれ（※2）を利用した、量子テレポーテーション現象（※3）（図1）を理論的に解明しました。

＊図は添付の関連資料を参照

素粒子の1つとして1937年に理論提案されたマヨラナ粒子は、実験的には未発見の幻の粒子です。近年、特殊な磁性絶縁体中にマヨラナ粒子が出現する可能性が指摘され、物質中のマヨラナ粒子（※4）の探索が盛んに行われています。これまで、物質中のマヨラナ粒子は強い量子もつれ状態にあると知られていましたが、それを実験的に測定する方法は不明でした。

今回、解析的な理論計算と数値シミュレーションを組み合わせることで、物質中のマヨラナ粒子の量子もつれを介して、遠く離れた2つの電子スピン（※5）が互いに情報をやりとりする量子テレポーテーション現象が起こることを解明し、さらに特殊な顕微鏡を用いてこの現象が電気的に測定可能であることを示しました。この測定は、物質中のマヨラナ粒子の探索や、物質中のマヨラナ粒子を用いたトポロジカル量子コンピュータ（※6）の実現に貢献することができます。

＊以下は添付リリースを参照

リリース本文中の「関連資料」は、こちらのURLからご覧ください。

図

https://release.nikkei.co.jp/attach/665453/01_202312061511.JPG

添付リリース

https://release.nikkei.co.jp/attach/665453/02_202312061511.pdf