【量子】自然界の基本粒子とは異なる「準粒子」の存在が期待される電子状態を世界で初めて解明…NTT

1 ：

自然界の基本粒子とは異なる「準粒子」の存在が期待される電子状態を世界で初めて解明
〜エラー発生率が非常に低い新しい量子計算の手法に期待〜
　日本電信電話株式会社（東京都千代田区、代表取締役社長：三浦 惺、以下 NTT）と
独立行政法人科学技術振興機構（埼玉県川口市、理事長：中村 道治、以下 JST）は、
自然界の基本粒子（フェルミ粒子、ボーズ粒子）とは異なる非アーベリアン準粒子の存在が期待される
電子状態を世界で初めて解明しました。
　本成果は、5/2分数量子ホール状態（以下 5/2状態）という
非常に純度の高い半導体結晶中においてのみ実現される特殊な電子状態を、
NTTとJSTが独自に開発した高感度核磁気共鳴（NMR）法により測定することで得られました。
　今後、準粒子の実証実験を行い、エラー発生率が非常に低い新しい手法の
量子計算（トポロジカル量子計算）の応用を検討します。
　なお、本成果は米国時間2012年1月26日（日本時間1月27日未明）に
米国科学雑誌「Science」のオンライン速報版（Science Express）で公開されます。
１．研究の背景
　量子コンピュータは従来のコンピュータをはるかにしのぐ計算能力を有すると期待されていますが、
計算の規模が大きくなると外部擾乱や論理ゲートの精度不足によるエラー発生や、
そのためのエラー補正が重要な課題となります。
そのような問題を根本的に解決する方策として、エラー発生率が非常に低くなると期待される
トポロジカル量子計算（図1）という新しいアイデアが提案され、興味を集めていますが、
それが現実のものとなるためには、自然界の基本粒子とは異なる特異な性質をもった粒子
（非アーベリアン準粒子）（図2）が必要です。
　5/2状態（図3）という非常に純度の高い半導体結晶中で見られる特殊な電子状態において、
非アーベリアン準粒子が存在すると期待されていますが、この状態は従来の理論では説明できないため、
そのメカニズムを明らかにすることが課題となっていました。
２．研究の成果
　今回、NTTとJSTの共同研究チームは、独自に開発した高感度抵抗検出NMR法（図4）を用いることで、
非常に壊れやすい5/2状態において、電子のスピン状態を正確かつ直接的に測定することに成功し、
すべてのスピンが同じ向きに揃っていることを明らかにしました。（図5）
　5/2状態を説明するために提案されている理論の中で、非アーベリアン準粒子の存在を否定する理論では、
上向きと下向きのスピンが同数になるとされていたため、その理論は排除され、
実験と一致するのは非アーベリアン準粒子の存在を肯定する理論に絞られました。
そのため、5/2状態において非アーベリアン準粒子が存在する可能性が非常に高くなりました。
　本成果は、フェルミ粒子でもボーズ粒子でもない非アーベリアン準粒子が現実に存在する可能性を大きく高め、
さらにそれを用いた新しい量子計算手法の研究に期待を持たせるものです。
３．技術のポイント
　5/2状態を壊さずにそのスピン状態を測定するためには、
高純度の半導体結晶と、高感度の測定技術が必要です。
今回の成果は、NTTが有する高純度半導体の結晶成長技術と抵抗検出核磁気共鳴（NMR）技術に、
さらに改良を加えることで可能となりました。
(中略)
４．今後の展開
　今回の実験では、準粒子の性質を決める電子のスピン状態に着目しました。
今後は準粒子の性質に着目し、準粒子の閉じ込めや干渉などの実証実験を通じて
トポロジカル量子計算の応用を検討します。
(以下略)
NTT 先端技術総合研究所
http://www.ntt.co.jp/news2012/1201/120126a.html
(詳細などはソースをご覧ください)

2 ：

図1　トポロジカル量子計算のイメージ
http://www.ntt.co.jp/news2012/1201/image/120126a_1.gif
図2　粒子の分類とその例
http://www.ntt.co.jp/news2012/1201/image/120126a_2.gif
図3　5/2状態
http://www.ntt.co.jp/news2012/1201/image/120126a_3.gif
図4　高感度抵抗検出NMR法
http://www.ntt.co.jp/news2012/1201/image/120126a_4.gif
図5　実験結果
http://www.ntt.co.jp/news2012/1201/image/120126a_5.gif
図6　高移動度2次元電子試料
http://www.ntt.co.jp/news2012/1201/image/120126a_6.gif
図7　ランダウ準位と5/2状態
http://www.ntt.co.jp/news2012/1201/image/120126a_7.gif
図8　5/2状態における準粒子のイメージ
http://www.ntt.co.jp/news2012/1201/image/120126a_8.gif

3 ：

(´･ω･`)

4 ：

なるほどわからん

5 ：

量子世界は観測不能だったのでは？
ネ申もサイコロを振るん？

6 ：

便利になるって事

7 ：

>計算の規模が大きくなると外部擾乱や論理ゲートの精度不足によるエラー発生や、
>そのためのエラー補正が重要な課題となります。
エラー補正しても精度上げても１００年後でも無理でしょ。
その為に必要なものが指数的に増えてゆくわけで。
困難度が進むほどさらに実現不可能な領域に繋がっているｗｗ
まさに光速に加速しようとする液体燃料のロケットみたいなもの。
富士山を作るのに原子の域で積み上げていることに気が付かない。

8 ：

最近SQUIDって誰も使ってないの？

9 ：

トレノフ・イヨネスコ型核融合炉が完成すれば、
そこから発生する、エネルギーを封じ込められる夢の粒子が発見されるよ。
ECM機能もあるらしいよ。

10 ：

日本マッドサイエンティスト連盟(NMR)か。

11 ：

あ〜ん
全然理解不能

12 ：

>1は誰に向かって言ってんの？

13 ：

やはり青年大将様が命じた発見は準粒子ニカ?
ウリの言った通りニダ。

14 ：

>>1
自然界の基本粒子（フェルミ粒子、ボーズ粒子）が分からないとワケワカメじゃないか？

15 ：

50年後には人間より頭いい機械ができるって事は分かった。

16 ：

↓　まずはトポロジカル量子計算の解説を

17 ：

またノーベル賞ニカ

18 ：

誰かぱんぴーにもわかるように説明してくらさい

19 ：

なるほどわからん。親切な人が解説しているサイトを紹介してくれるまで待とう

20 ：

>>18
後のミノフスキー粒子である

21 ：

知ってた

22 ：

自分もようわからん

23 ：

存在できるんだったら粒子でいいじゃん。
なんで「準」がつくんだよ。
自然界に存在しなかった物なんかいっぱいあるし。

24 ：

準教授が関心を
ってこの言葉は定義済みなのか。

25 ：

>>23
あたかも、粒子のように振る舞うから「準」。

26 ：

自然に干渉しすぎなんだよ！ほっとけよ

27 ：

>>8
そんなことないんじゃなイカ？

28 ：

>>5
サイコロ振るけど神を信じる連中はその目も神の意思によるものとか延々言ってる
マジで頭おかしい

29 ：

なんか昔の教授を思い出した
絶対に解明／実現不可能な課題で延々と研究

30 ：

>>29
それでも副産物みたいな成果が重要だったりするのが科学技術。

31 ：

中学生だから良く解らないんだけど、
準粒子って実際に存在する粒子間の相互作用の結果生まれる、
その系において、あたかも粒子であるかのように振る舞うと見なせる
局所的な現象のこと？
この状態が安定的に維持されるとか全く想像つかないんだけど。

32 ：

>量子コンピュータは従来のコンピュータをはるかにしのぐ計算能力を有すると期待されていますが、
>計算の規模が大きくなると外部擾乱や論理ゲートの精度不足によるエラー発生や、
~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
計算の規模が大きくなるとはたとえば２倍になると、その必要な精度は
１００年に近い技術革新が必要になる。おそろしく非現実的な技術革新が
必要になる。１万年かけても１０倍に至らない。

33 ：

えーと、NTTがページを削除いたしました。
詳しそうな人に問い合わせてみましたが、
もう見ることが出来なかった。
タイトルから推測するに、
・極めて平易な解説に苦しむ分野
・多分、一般向けに簡単に解説しているホームページは存在しない
・物理の大学院出た人でも、ちんぷんかんぷんの人が多数
とのこと。
このサイトをご紹介頂きました。
トポロジカル絶縁体・超伝導体と質量ゼロの粒子の不思議な世界
http://www.riken.jp/r-world/info/release/news/2010/jul/frol_01.html

34 ：

準粒子＝マヨラナ粒子なの？

35 ：

>>2の画像が見れないのがきついな〜

36 ：

>>33
>http://www.ntt.co.jp/news2012/1201/120126a.html
上記URLはGoogleのキャッシュで見れます
ただし画像が（ｒｙ
>これは Google に保存されている http://www.ntt.co.jp/news2012/1201/120126a.html のキャッシュです。 このページは 2012年1月26日 09:36:00 GMT に取得されたものです。
そのため、このページの最新版でない場合があります。 詳細

37 ：

ＮＴＴは電話権利金を返しもしないで、こんなことに金を使っているのか？

38 ：

>フェルミ粒子でもボーズ粒子でもない非アーベリアン準粒子が現実に存在
そんなんあるんだ
フェルミかボーズしか無いと思ってたよ

39 ：

マヨラナ粒子とか・・・　マヨネ〜ズのジョ〜クレスかと思ってたら・・・

40 ：

>>31
文章厨二すぎ……
中学生でもこんな文書けるんだぜってのが見え見えだわ

41 ：

ドコモダケと大死言えぬの通信障害どうにかしろよ。

42 ：

準粒子って半導体のホールみたいなもん？

43 ：

>>33
JSTのプレスリリース来たよ。
http://www.jst.go.jp/pr/announce/20120127_2/index.html

44 ：

簡単に言うと、２次元が３次元に勝ったってことでしょ。

45 ：

＞非アーベリアン準粒子
なんじゃこれ

46 ：

>>43
ども。
>>1も復活してますね。
フライングしてJSTに怒られたかな？
Science
Unraveling the Spin Polarization of the ν = 5/2 Fractional Quantum Hall State
http://www.sciencemag.org/content/early/2012/01/25/science.1216697.abstract

47 ：

朝日(日刊工業)の、「なるほど、わからん」で書いていそうな記事。
http://www.asahi.com/digital/nikkanko/NKK201201270013.html

48 ：

こんだけ知らない用語ばかりのニュースも珍しいな。「アーべリアン」でググってもほとんど何も出てこないぞ。
それだけ最先端なんだろうな。

49 ：

NTT関連のHPが見られないのは俺だけかな？
サーバーが見つかりませんって出る。

50 ：

電子のスピンが揃ってる状態
↑↑↑↑↑↑↑
で
電子が例えば１個減る
↑↑↑↑↑↑○（←ここにあった電子が存在しない状態ね）
減ってる場所が動くと
↑↑↑↑↑○↑
↑↑↑↑○↑↑
↑↑↑○↑↑↑
あたかも電子と反対の性質をもった粒子が動いているように見える。これが凖粒子。

51 ：

>>34
違う。マヨラナかつ準粒子を見つけようという話

52 ：

上が辞めるまで準が取れない可哀想な粒子たちのことですね

53 ：

こんな研究やる金があったら加入権を返金しろよ

54 ：

よくわかんないけど、２次元のみって書いてあったから
おまいらと親和性の高い技術らしいってことだけはわかった。

55 ：

>>50
信じていいの？

56 ：

よく分からんから誰か初代ガンダムで例えて

57 ：

>>56
よく分からん仮想の素粒子がひょっとしたら存在して、
放射線を遮断したり、核融合を安定化させるのに役立つのかもしれないなあ。
これから何十年もかけて検証したら何か見つかるかもしれないなあ。
見つけたら多分ノーベル賞だけど、研究費の電話加入権料の丸ごとゲットは責められるだろうなあ。

58 ：

>>50
半導体が働くとき普通にできる「ホール」とはどう違うの？

59 ：

これから俺のことは準社会人と呼ぶように

60 ：

は……準ニート様………

61 ：

>>53
国から研究費名目で民間に何兆円流れているか知らんのかね？

62 ：

>>50
　ディラックの空孔理論みたい。

63 ：

>>33
ご紹介のサイトも何も説明していないに等しい・・・

64 ：

>>63
まぁ、親子科学教室なんかでもそうなんですが、
相手が良く判らないと、何から説明するか難しいのが科学コミュ。
来月、会うときまでに「一般向け解説」に挑戦するそうなので、
それまでに進展無ければ、許可貰ってココに上げることも考えています。

65 ：

二次元に制限することで三次元には無い何か異なった挙動が起こるということか

66 ：

>>5
サイコロは振ってない
人間の測定能力が追いついてないところをサイコロ扱いしてるだけ

67 ：

まあこれは、いつか科学が追いついて人の目に触れる日が来る分野の話だな
この世界には「粒」なんて存在しない
粒は無いが、境界と呼べる程のエネルギーによる壁と、特性と呼べるほどに特定の方向
に強く働く作用がある
これを粒（粒子）として取り扱っているのが現代の量子力学
ニュートンまでは、その当時有効であったため物体で扱っていた単位が、いつしかそのフェーズは
素粒子に置き換わり、さらに精度の高いフェーズに移行する
今はその過渡期

68 ：

粒＝エネルギー準位だかのこと？　てか、観測装置側の特性でどう見えるかってのがある気がする

69 ：

エネルギー準位というか固有値というか？

70 ：

微妙に違う
究極的に物理を追求していくと、粒やら粒がなす波やらではなく、単にその場所（場ではない）に
存在するエネルギーの総和だけが場に作用するということ
どこまで行ってもコロコロとした粒なんて存在しなくて、最小単位のマス（本当に力の入れ物と考えた）
にあるエネルギーの作用を合成したものに行き着くという話
ただその前段階の科学では、これらのエネルギーがある程度集まって作用する粒子と捉えた方が
捉えやすいし考えやすい
また、結晶と同様に、エネルギーはある程度の量が結びつきやすく、そして結びついた状態での作用が
それを考える人間にとって捉えやすいという事
単純に言えば、量子論はもう一段階小さなフェーズに分解されて本当の物理に到達する
まるでニュートン力学が量子論に取って代わられたように

71 ：

>>67
お
同類か

72 ：

5/2という数値と非アーベルという言葉から連想されるのは
5次交代群A_5は単純群であるという事実だが
だからなんだというのだ
よくわからん
きっとすごい量子状態に違いない

73 ：

それで準粒子と真空の違いは何なんですか？

74 ：

（ ;‘e‘）（ ;‘e‘）＜レッツゴー三匹、準でーす！粒子でーす！三波春夫でございますﾊﾞｼｯ

75 ：

物で物を表す以上のことは物理ではできない。物が何故あるかは説明できない
ということです。
物理は分からない原理と原理が組み合わさり結果を出す仕組みを
表す学問であり原理そのものを説明できるわけではない。
物理が１億年かけて研究が進むとしても元の元の関係を説明するだけ
円周率はπであるのに３．１４のような数列で無限に割り切ろうと
する行為にすぎない。πを１０進法で完全に説明するのは不可能で
あるってことです。πはπでありそれ以上ではない。

76 ：

純粋な中性子だけの中性子星やクォークだけのクォーク星のような時として巨大な一個の粒子として振る舞う現象もあるからまだまだ素粒子の世界は深いね

77 ：

>>75
それで何か問題があるの？
なぜあるかわからなくても、集団で肉狩って食ってた時代から
人工衛星飛ばして携帯電話もってインターネットできるようになって
温かいコーヒー飲みながら２ちゃんできるようになったのは
紛れもなく研究と投資のおかげ

78 ：

>>50
電子と正孔のペアだとわかりやすくていいな

79 ：

>>77
その理屈でいえば科学や物理には限界があると認めていることにならん？

80 ：

ゲティア問題

81 ：

>>79
限界があると言えば納得できるのかな？
人生は有限だけど思考は無限で
人類はそれを記録に残して次代に継げるようになった
限界があるね。そうだね。わーいわーいって言ってもまったく意味がない
他の事考えなよ

82 ：

>>81
屁理屈は止めろ。屁理屈だと理解できない糖質なら無視するだけだが。

83 ：

無視するレスって>>82みたいなのを言うんだろ
丁寧に説明してるのにキーキー言う女のヒステリーと一緒

84 ：

ミノフスキー粒子に見たされた空間では電波が遮断される。
そのミノフスキー粒子に何らかの作用を与えるとミノフスキー粒子の隙間ができて、その隙間が動くことで反ミノフスキー粒子＝準粒子として振る舞い、レーダーの機能を実現できる。
これにより局地戦は過去のものとなり、大規模兵器戦争が復活したという、新たなガンダム世界観の始まりということだな。

85 ：

非アーベリアン準粒子とはなんじゃらほい、と期待してスレざっと読んだけど
誰も非アーベリアン準粒子の事がわかってないようだ
誰か非アーベリアン準粒子とはどういう素粒子なのか説明してくれ

86 ：

>>83
まるでガキんちょの反応だ

87 ：

おお、キモいキモい

88 ：

>>85
真空に運動量 p を持つ粒子を生成する演算子 a†(p) は
ボーズ粒子でもフェルミ粒子でも(反)交換するんだけど
　　ボーズ粒子 a†(p) a†(q) = a†(q) a†(p)
　　フェルミ粒子 a†(p) a†(q) = - a†(q) a†(p)
(二つの粒子をどちらから生成しても、できる状態は同じ、というイメージ)
たぶんこの準粒子は交換しないんだろう。多分。

89 ：

>>88
超対称性粒子とは別に、超対称性粒子が存在しない粒子も存在するという事？

90 ：

非アーベリアン準粒子、マヨラナ粒子、超対称性粒子、超伝導、有効質量0の電子
これらがどう関連性があるのか、または関係ないのか知りたいです

91 ：

NMRで準粒子を観測できるっていうのがわからん。
そんなに安定してるもんじゃなかろう。
ていうか成功したって言ってるのに
＞本成果は、フェルミ粒子でもボーズ粒子でもない非アーベリアン準粒子が現実に存在する可能性を大きく高め、
＞さらにそれを用いた新しい量子計算手法の研究に期待を持たせるものです。
現実に存在する可能性を高めたってどういうこっちゃ。

92 ：

>>91
アーベリアン準粒子の存在するモデルと、アーベリアン準粒子の存在しないモデルがあって、
観測結果は後者を否定した。
しかし前者が正しいとも限らない。ゆえに、「可能性を高めた」という表現になる。

93 ：

お前らは天才。異論は認めない。

94 ：

最先端って何を言ってるか解らんもんじゃの。(笑)

95 ：

>>92
なるほど、そういうことか。
しかし、なんで存在するモデルの方を立証しなかったんだろうな。
まどろっこしいわ・・・

96 ：

おれ、理系の院卒だけど助詞しかわからん。

97 ：

>>95
アーベリアンっていうのは交換関係に余計な項が「ない」と言うことなので、
モデルはそれが「ゼロ」のときを考えればいい。
「ない」と仮定して実験結果と矛盾したなら「何かがある」(非アーベリアン)なんだけど
「何があるのか」は簡単にはわからない。

98 ：

つまり…どういうことだってばよ？

99 ：

ここまでに理解しているやつはいないことは分かった

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