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月刊機能材料 2003年12月号

【特集】 材料開発からみた量子コンピューター

商品コード: M0312

  • 発行日: 2003年11月5日
  • 価格(税込): 4,320 円
  • 体裁: B5判
  • ISBNコード: 0286-4835

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目次

【特集】 材料開発からみた量子コンピューター


量子コンピューターを材料からみる
Quantum Computer in Material Aspect
高柳英明(日本電信電話(株) NTT物性科学基礎研究所 NTT R&Dフェロー、所長)

 近年盛んになりつつある量子コンピューター研究は、量子物理や計算機科学からのアプローチが主で、材料サイドからの研究は従来ほとんど行われてこなかった。しかし量子コンピューター動作の基本である、長いコヒーレンス時間の維持という観点からも、材料的観点からの研究の重要性がようやく認識されるようになってきた。



シリコン半導体からみた量子コンピューター
Silicon-based Quantum Computer
伊藤公平(慶應義塾大学 理工学部 物理情報工学科 助教授/科学技術振興機構 戦略的創造研究推進事業)

 シリコン半導体を利用して量子コンピューターを構築するアイデアは、添加された不純物を量子ビットとして利用する方法と、核スピンを有するシリコンの安定同位体を量子ビットとして利用する方法に大別される。本稿では、代表的なシリコン量子コンピューター構想を紹介し、実験室における開発状況の最先端を解説する。

【目次】
1. はじめに
2. 量子コンピューターの性能指揮
3. シリコン半導体を用いた量子コンピューター
3.1 ケーン型シリコン量子コンピューター
3.2 全シリコン量子コンピューター
4. おわりに


分子からみた量子コンピューター
Quantum Computer from Molecule
北川勝浩(大阪大学大学院 基礎工学研究科 システム創成専攻 電子光科学領域 教授)

 分子の核スピンをqubitとするNMR量子コンピューターは、すでに万能な量子ゲートが実現しており、小規模ではあるが量子の回路が比較的自由に組めて、量子アルゴリズムが実行可能な系として注目される。ここでは、その動作原理を簡単に紹介しながら、量子コンピューター材料として分子に求められる条件を考えてみよう。

【目次】
1. はじめに
2. NMR量子コンピューター
2.1 NMR(核磁気共鳴)
2.2 共鳴周波数によるqubitの識別
2.3 J結合ネットワーク上の2-qubit演算
2.4 qubitの観測
2.5 初期化
2.6 高分子による多qubit化
2.7 デコヒーレンス
3. おわりに


半導体量子ドットからみた量子コンピューター
Toward Quantum Computing by means of Semiconductor Quantum Dots
藤澤利正(日本電信電話(株) NTT物性科学基礎研究所 特別研究員/東京工業大学大学院 理工学研究科 客員助教授)
林稔晶(日本電信電話(株) NTT物性科学基礎研究所)

 半導体量子ドットは人工原子とも呼ばれ、自然の原子と似た電子状態を設計・制御することができる。この特徴を生かして量子ドットを量子ビットに、さらに量子コンピューターに応用するための基礎研究が進められている。ここでは、全電気的制御による半導体量子ドットの物性研究を中心に、量子ドットを用いたコンピューターへの可能性を述べる。

【目次】
1. はじめに
2. 量子ドットによる量子ビット
3. 二重量子ドットによる電荷量子ビット
4. 電子スピンによる量子ビット
5. おわりに


超伝導量子ビットの現状と課題
The Superconducting Qubit、Its Present Status and Challenges
仙場浩一(日本電信電話(株) NTT物性科学基礎研究所 機能物質科学研究部 超伝導量子物理研究グループ グループリーダー/CREST-JST)

 量子コンピューターの基本構成要素である量子ビットについては、いくつもの提案があるが、この小文では、超伝導を用いた量子ビットの優位性についてわかりやすい解説を試みた。電荷・位相・磁束とおよそ3種類に分類される超伝導量子ビットそれぞれについて、研究の最前線を具体的に概観し、今後の課題について材料の観点から述べた。

【目次】
1. はじめに
2. 超伝導を使うメリット
3. 超伝導量子ビットの現状
3.1 電荷qubit
3.2 位相qubit
3.3 環境ノイズの遮断―電荷/位相qubit―
3.4 磁束qubit
3.5 シングルショット読み出し
3.6 2qubitの量子振動
4. まとめと今後の課題


Material Report
R&D

ナノ・インテリジェント光学材料としてのバクテリオロドプシン
Bacteriorhodopsin as Nano-scale Intelligent Photonic Materials
小山行一(桐蔭横浜大学 工学部 機能化学工学科 教授)

 感光性のタンパク質、バクテリオロドプシンは分子1個で機能する分子機械のモデル化合物として、分子素子やバイオエレクトロニクスの分野で熱い視線を浴びている。進化の過程で最適化されたナノスケールの分子と多彩な機能は、タンパク質工学の発展で人為的な機能改変をも可能にした。このような機能の人為的改変という観点も含めながら、バクテリオロドプシンの工学的応用研究を眺めている。

【目次】
1. はじめに
2. バクテリオロドプシンの構造と機能
3. 光デバイスへの応用
3.1 プロトン移動に基づく光電効果の利用
3.2 フォトクロニズムの利用
4. おわりに


揮発性の少ない室温溶融塩ゲルを使った色素増感太陽電池
Quasi-solid Dye Sensitized Solar Cells Solidified with Ionic Gel Electrolytes
早瀬修二(九州工業大学大学院 生命体工学研究科 教授)
村井伸次((株)東芝 研究開発センター 研究主務)

 色素増感太陽電池の耐久性、安全性向上をめざして液体電解液の固体化に取り組んだ。イオン性液体をゲル化させることで、揮発性の少ない固体電解質の作製に成功した。チタニアナノボア中での物理的コンタクト、チタニアナノ界面の修飾、ゲル電解質中でのイオン核酸の低下抑制、対極との電荷移動抵抗の減少に的を絞って解説する。

【目次】
1. はじめに
2. 色素増感太陽電池の構成、発電機構
3. ナノテクノロジーと共連続構造
4. 色素増感太陽電池の電解質の重要性と欠点
5. 固体化
6. ナノポーラスなチタニア電解液中での固体電解質とチタニア界面のコンタクト
7. 固体化に伴うイオンの核酸定数の低下を抑制
8. さらなる性能向上への施策
9. チタニアとゲル電解質との間の界面制御
10. おわりに


連載 新しい機能材料としての繊維(3)
機能性繊維―各種機能を備える
Functional Fibers
村瀬繁満(東京農工大学 工学部 有機材料化学科 客員教授)

 衣料用繊維に要求される性能は、快適な素材で着心地が良いことはもちろんであるが、保湿性、抗菌・防臭、撥水・防水、吸汗性、吸放湿性、難燃・防炎性、静電気による帯電防止性、導電性、紫外線遮へい性をはじめとした各種の機能もある。これら機能性を付与するために開発された複合繊維について、代表的な例をあげて紹介する。

【目次】
1. ナノメートルオーダーでの制御
2. 機能性を付与した複合繊維


eXplorerシリーズ開拓者(1)
航空機用燃料タンクの開発
Development of Fuel Cell for Aircraft
佐藤孝(佐藤IB研究所 社長)

 前回(本誌1996年10月号~1997年5月号連載)は、同様のテーマである商品の機能紹介と失敗事例をベースに、その対策についての考え方を紹介した。今回は、NHKのプロジェクトXにあやかって、昔話になるが、開発当時の関係者の皆さんに感謝の意を表する意味を含めて苦労話を紹介したい。

【目次】
航空部品開発の経緯
航空部品創立時のメンバー(燃料タンク開発)
航空機用燃料タンクの種類と主な構造
燃料タンクの機能
燃料タンクに要求される試験項目
エピソード
諸先輩の思い出


2003「機能材料」総目次2003 Vol.23 『機能材料』総目次 1~12月号
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