カーネギーメロン大学(CMU)の准教授シー・スーフェイ氏が、量子シミュレーションに焦点を当てた研究目標を追求するため、ゴードン・アンド・ベティ・ムーア財団から5年間で130万ドルの助成金を獲得しました。この財団の実験物理学研究者プログラムの一環として提供される資金は、柔軟で拡張可能な量子シミュレーションプラットフォームの確立を目的としています。
この研究では、原子レベルの薄い材料を精密に配列して作られるモアレ超格子を活用し、電場を使って励起子の挙動を閉じ込め、調整します。シー氏の計画する研究では、先進的なナノファブリケーションを用いて大きな高励起状態の励起子を捕捉することと、モアレパターンを通じて励起子の挙動を制御するという、2つの相補的なアプローチを取ります。この方法は、現在の古典的な計算では扱いが困難な複雑な量子系の、拡張可能で柔軟なシミュレーションを可能にすることを目指しています。
この研究は、超伝導体や量子コンピュータの基礎となるような、強い相互作用を持つ量子系に焦点を当てています。凝縮系物理学と原子物理学における学際的な専門知識を活用するこの研究は、量子光エレクトロニクスや情報処理などの分野における次世代量子デバイスの設計に貢献する可能性があります。
背景
本記事で登場する「モアレ超格子」は、原子レベルの薄い材料を重ね合わせた際に生じる特殊な構造です。通常、異なる材料や角度で層を積み重ねると、その周期性のズレによって大きな模様が現れます。この仕組みを利用することで、電子や光の挙動を精密に制御できるため、新しい物性の探索や量子シミュレーションの基盤として注目されています。
また、「励起子」とは、物質内で光などが当たった際に出る「電子」と、電子が抜けた穴である「正孔」が対になった状態を指します。これらは電荷を持たないため移動しやすく、エネルギーや情報の伝達媒体として機能します。本研究では、この励起子の動きを電場によって閉じ込めたり調整したりすることで、複雑な量子現象を模擬しようとしています。
さらに「量子シミュレーション」とは、古典的なコンピュータでは計算が困難な複雑な量子系の振る舞いを、別の制御可能な量子系を用いて再現・解析する手法です。超伝導体や強い相互作用を持つ量子系の理解を深める上で重要な技術であり、次世代の量子デバイス設計への貢献が期待されています。
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2025年10月9日
