01

ごあいさつ
Message from the Director

日頃より、私どもN TT 物性科学基礎研究所の研究活 動に多 大なご支援・ご関心をお寄せ頂きまして、誠にありがとうございます。
N T T物 性科学基礎研究所では、10～20年後を見据え、速 度・
容量・サイズ・エネルギーなどの点で、従来のネットワーク技 術の壁を超えるような新 原理・新概念を創出することを目的として基 礎 研 究を行っています。そして、この新原理・新概念を創出する過 程で見出した有 望な技 術を新しい産業の種とすることにより、中長期 的なN T T事 業への貢 献を目指しています。
これらのミッションを達成するため、物理・化学・生物・数学・電 気 電 子・
情 報・医学などを専門とする幅広い分野の研究者が、多 元マテリアル創造科学、フロンティア機能物性、量 子 科 学イノベーションに関する研究分野で日々研究に取り組んでいます。
研究を進める上では、NT T 内での研 究 協力はもちろんのこと、
世 界各国の大学や研究機関とも幅広く共同研究を行い、「 世界に開かれた研究 所 」としての役 割を果たしています。
その一環として、これまでは「 IS NT T 」などの国際会議を開 催し、
世 界中からの参加者とNT T 研究者との間の緊密な交流を促すとともに、皆さまのご意見やご批判を頂けるよう努めて参りました。
ウィズコロナ期間は、ネットワークを駆使した研究活動や研 究 成 果の積 極的な情 報発信が主体となりました。今後は、感染の状 況を
注 視しながらにはなりますが、対面での議論を再開するなど、
オンラインとオンサイトの長 所を活かした取り組みを進めて参ります。
このような活 動を通じまして、NT T 事業のみならず、学 術 的な貢 献も果たしてゆく所存でございますので、今後とも一層のご指 導・ご鞭 撻を賜りますようお願い申し上げます。

NTT物性科学基礎研究所
所長 熊倉一英

02

活動報告
Activity Report

Advisory Board
外部の著名研究者に研究成果ならびに研 究 計 画を客 観 的に評 価していただき、今後の研究マネジメントに反映させるために「アドバイザリボード」
を設置
しています。隔 年で開 催されているこのボードミーティングで頂いた提 案や助 言は、研 究マネジメントや実 際の研究に反映されています。第12 回ボード
ミーティングは2023 年2月2日～ 3日に４年 ぶりにオンサイトにて開 催する
予定です。

ISNTT
International Symposium on Novel maTerials andquantum Technologies

新しいアイデアの創出と研 究の推 進を目的に、
国 際シンポジウム「 I S N T T 」を隔 年で開 催しています。2021 年はコロナ情勢を踏まえオンライン開催となりましたが、より広い分野間での交流を目指し、対象分野を物質科学、物性物理、量子 科 学に拡 大して開 催しました。次 回は2023年の秋に、コロナ情勢次第ではありますが、オン
サイトを視野に入れて、開催する予定です。

N T T- B R L S c h o o l
N T T 物 性 科 学 基 礎 研 究 所を広く知っていただくとともに、若 手 研 究 者が 大きく育つ 機 会を提 供するため、主に博 士 課 程の学 生を対 象とした「 N T T - B R Lスクール 」を隔 年で開 催しておりました。2017 年から同 時 開 催しておりましたI S N T Tが2021 年はオンライン開 催となったこともあり、世 界 各 国から学 生を研 究 所にお招きすることは断 念せざるを得ませんでした。
2023 年のI S N T T 開催時にはスクールの同時開催も予定しています。

表紙モチーフについて

グラフェンに おける光 電 変 換
グラフェンは 広 帯 域 の 光 に 対して 高 感 度 か つ 高
速 に 電 気 応 答 すると期 待されており、既 存 半 導
体 デバイスを超える性 能を発 揮する可 能 性があるとして注目されています 。我 々は 、独 自のデ バイス
構 造と測 定 手 法を組 み 合わせることで 世 界 最 速でゼロバイアス動 作 するグラフェン 光 検 出 器を実現しました 。グラフェンに 加えて 様 々な 原 子 層 物
質を精 緻 に 組 み 合わせ 所 望 の 性 質を引き出 すことで、従 来 の 限 界を打 破 するような高 機 能 デ バイ
スの 実 現を目指します 。

03

組織図
Organization

NTT物性科学基礎研究所

所長

企画担当

部長

熊倉一英

多 元マテリアル 創 造 科 学 研 究 部

小栗克弥

部長

山本秀樹

P5

小栗克弥

P7

部長

武居弘樹

P9

● ナノデバイス研究グループ● 量子光制御研究グループ● 低次元構造研究グループ● ナノメカニクス研究グループ● 理論量子物理研究グループ● 分子生体機能研究グループ● 量子光デバイス研究グループ● 超伝導量子回路研究グループ●フォトニックナノ構造研究グループ● 量子固体物性研究グループ●研 究員（ 外 国 人 研 究 員 ）…９8 名（１0 名 ）●リサーチアソシエイト・リサーチスペシャリスト… 7 名● 共 同 研 究 協 力 者 … 7 名 ● 海 外 研 修 生 … 1 9 名＊
● 一 般 実 習 生 … 1 8 名＊

部長

量 子 科 学イノベーション研 究 部● 薄膜材料研究グループ

NTT 物性科学基礎研究所 現在員数 2022 年12月31日付● 客 員 研 究 員 … 2 名＊

フロンティア 機 能 物 性 研 究 部＊… 2022年1月～12月累計

04
2022 年12月31日付

アド バイザリボード
Advisor y Board
Chalmers University of Technology, Sweden

Max-Planck-Institut für Festkörperforschung,Germany

University of Illinois at Urbana-Champaign,USA

Imperial College,UK

Université Pierre et Marie Curie,France

The University of Texas at Austin,USA

Forschungszentrum Jülich, Germany

CEA Saclay, France

University of Twente, Netherlands

Prof. Per Delsing

Prof. Sir Peter Knight

Prof. Elisabeth Giacobino

Prof. Andreas Offenhäusser

ナノフォトニクスセンタ

センタ 長

納富雅也

P11

Prof. Sir Anthony J. Leggett

Prof. Klaus von Klitzing

Prof. Christian Glattli

理 論 量 子 物 理 研 究センタ

センタ 長Prof. Allan MacDonald

William John Munro

P11

Prof. Dave H.A. Blank

バイオメディカル 情 報 科 学 研 究センタ

センタ 長

中島

寛

P11

リサーチプロフェッサ
Research Professors
公益財団法人 榊原記念財団
附属 榊原記念病院 顧問

東北大学 教授

富山大学 教授

友池 仁暢

森田 雅夫

玉木 潔

東北大学 名誉教授

広島大学 教授

新田 淳作

後藤 秀樹

05

Multidisciplinar y Materials Design and Science Laborator y
グループ・研 究テーマ

多元マテリアル創造科学研究部

Group Introduction

薄膜材料研究グループ「 新 奇 半 導 体デバイス」
深紫外～近赤外発光デバイス、高効率エネルギー変換デバイス、
超高出力電子デバイス、光・電気・磁気複合新機能デバイスの創製

研究部概要

低次元構造研究グループ「2 次元原子層物質」

Over view

次世代エレクトロニクスに向けた究極に薄い

多 元マテリアル創 造 科 学 研 究 部では、様々な内部自由度( 格 子・電機能性原子層物質の創製

荷・スピン・軌道等)を持つ新物質・新材料を、分類法・次元・スケー「多元酸化物薄膜」

ル・合 成 手 法の枠を超えて多 元 的にデザイン・創 造して学 術 貢 献を

従来のコンセプトを変える超伝導物質・磁性物質の創製行うとともに、情報通信技術を変革する種の創出を目指して、広範な物質を対象に研究を進めています。その範囲は、半導体、超伝導体、分子生体機能研究グループ

磁性体、トポロジカル物質、さらには導電性高分子や生体物質などの「生体適合性電極材料」

ソフトマテリアルに至り、高品質薄膜成長技術や、物質の構造と物性

深層生体情報を計測する生体電極素材の開発と応用とを精密に測定する技術をベースに、理論や、データ科学(インフォマ「 バイオデバイス」

ティクス) の手法も取り入れて最先端の研究を推進しています。

生体分子や細胞、
ソフトマテリアルを活用した
生体機能模倣デバイスの創製

多 元ソース分 子 線エピタキシー
装 置：複 合 酸 化 物・窒化物の高品 質 薄 膜を成 膜できるほか、新奇 超 伝 導 体・ 磁 性 体などの 探索にも活用されています。

06

2 0 2 2 年 の 主な研 究 成 果Achievements in 2022

10

S/S
界面
W

-4

10

S

-6

10

-8

10

-12

10

Quenching

-10

t

500°C
400°C
300°C
200°C
100°C
RT

10

-14

10

-20

S/Se
界面

b)

d

Drain current(A/mm)I (A/mm)

S
S

-15

-10

-5

DrainVvoltage(V)
gd (V)0( 左) 窒化アルミニウムトランジスタの模式図と光学顕微鏡像( 右) 室温から500°
Cまでのトランジスタの伝達特性a ) ヤヌスW S S e / W S₂ ヘテロ構造の模式図。
（左）S / S 界面、（ 右）S / S e 界面ヘテロ構造b ) 単層ヤヌスW S S e、単層W S₂、ヤヌスW S S e / W S₂ ヘテロ構造のフォトルミネッセンス

世界で初めて窒化アルミニウムトランジスタを実現

ヤヌス型層状物質WSSeとWS₂ヘテロ構造における光特性の制御

ウルトラワイドバンドギャップ半導体の窒化アルミニウムは、他の半 導 体 材 料と比べ絶 縁 破 壊 電 界が 非 常に大きく、低 損 失か

遷 移 金 属（W）の上 下に異 種のカルコゲン（S , S e）が結 合し

つ高 耐 圧なパワーデバイスの作 製に有 望な半 導 体 材 料です。

た「ヤヌス型 」と呼ばれる２次元の遷移金属ダイカルコゲナイド

我々は、高品質な窒化アルミニウムの結晶成長技術や、コンタ

W S S eを、高品質に成膜する手法を開拓し、上下に同種のカクト特性が良好な電極を形成する技術を確立することで、窒化ルコゲンが結合する非ヤヌス型のW S₂とのヘテロ構造作製に

アルミニウムのトランジスタ動 作を世 界に先 駆け実 現しました。

成 功しました。そして、積 層 順 序を変えて、S / S 界 面の場 合とさらに、このトランジスタが、500 °C の高温でも良好な特性を有S/Se 界面の場合とを作り分けることにより、WS₂ の発光強度することを確認しました。実用素子には、ますます高い動作温度を弱めたり（S / S 界 面の場 合 ）強めたり（S / S e 界 面の場 合 ）が要求されるという近年の状況に鑑み、本成果は、窒化アルミできることを見出しました。ヤヌス型の活用が、２次元物質のヘ

ニウムトランジスタが次 世 代パワーデバイスとして有 望であるこ

テロ構造の特性制御に、新たな自由度を付与することを実証しとを示しています。

M. Hiroki, Y. Taniyasu, and K. Kumakura, IEEE Electron Device Lett. 43, 350 (2022). Editors' Pick

た成果です。

U. Erkılıç, S. Wang, Y. Sekine, and Y. Taniyasu, Appl. Phys. Lett. 121, 113102 (2022).

（左）IL - C a C u O₂ / C a₂ F e₂ O₅ 超格子の模式図（上）と断面電子顕微鏡像（下）（右）IL - C a C u O₂ / C a₂ F e₂ O₅ 超格子の超伝導特性

昆虫細胞由来出芽ウイルスの人工膜への融合状態と p H 依存。
( a ) 付着、( b ) 半融合、( c ) 融合。

人 工 超 格 子 構 造 作 製による
新 銅 酸 化 物 超 伝 導 体の創 製

昆虫細胞由来出芽ウイルスによる人工脂質二分子膜への膜タンパク質導入

結 晶 構 造が 同じ物 質 同 士で作られる半 導 体 超 格 子とは異な

脂 質や膜タンパク質 の 機 能を評 価するために人 工 脂 質 二 分り、複 雑な層 状 構 造を持つ 銅 酸 化 物 超 伝 導 体では、人 工 超

子 膜（ 人 工 膜 ）が 用いられます。しかし、膜タンパク質の人 工

格 子 作 製というアプローチでの新 超 伝 導 体 創 製 例は限 定 的膜への導 入は難しく、これをいかに効 率 的に行うかが課 題でしです。我々は、独自の高 精 度レート制 御 分 子 線エピタキシー技

た。私たちは昆虫細 胞由来出芽ウイルスが細 胞に融 合する機術を用いて、超 伝 導を担う無 限 層 構 造I L - C a C u O₂ 層と全く能に着目し、シリコン基 板 上に形 成した人 工 膜への融 合が 溶

結晶構造が異なる絶縁体C a₂ F e₂ O₅ 層との高品質な人工超液のp Hが 低い条 件で効 率 的に起こることを発 見しました。こ格 子を作 製し、それが 超 伝 導を示すことを発 見しました。人 工の 融 合 条 件を最 適 化することで人 工 膜 への 膜タンパク質 の構 造の設 計・実 現による更なる新 超 伝 導 体の創 製が 期 待さ導入に成功しました。

れます。

A. Ikeda, Y. Krockenberger, Y. Taniyasu, and H. Yamamoto, ACS Appl. Electron. Mater. 4, 2672 (2022).

A. Oshima, K. Nakanishi, N. Kasai, H. Nakashima, K. Tsumoto, and K. Sumitomo, Langmuir 38, 5464 (2022).

M u l t i d i s c i p l i n a r y M a t e r i a l s D e s i g n a n d S c i e n c e L a b o r a t o r y ：多元マテリアル創 造 科 学 研 究 部

undoped AlN

W

Vds = 20 V

-2

Enhancemen

AlN:Si

SiC substrate

Se

WS2

10

WSSe

a)
0

AlGaN:Si
graded AlGaN:Si

07

Advanced Applied Physical Science Laborator y
グループ・研 究テーマ

フロンティア機能物性研究部

Group Introduction

ナノデバイス研究グループ「 単 電 子デバイスによる極 限エレクトロニクス」
電子1 個の転送・検出による高精度・高感度・低消費電力デバイス「 新 機 能ナノデバイス」

研究部概要

シリコンやハイブリッド材料系を用いた新機能デバイス

Over view「 半導体オプト・エレクトロメカニクス」

フロンティア機 能 物 性 研 究 部は、テクノロジードリブンな高 度 知 的 社
会に新しい長期的価値をもたらす情報処理基盤技術・機能デバイスの創出を掲げ、ナノエレクトロニクス、ナノメカニクス、ナノフォトニクス、
スピントロニクス、量 子エレクトロニクスの最 先 端 領 域をカバーする研ナノメカニクス研究グループ
機械的機能を持つ半導体構造による新機能素子「フォノン操 作 技 術 」
人工構造を用いた音響波の伝搬制御

究グループが結 集し発 足しました。我々は、高 度な微 細 加 工 技 術、測量子光デバイス研究グループ

定 技 術、光 波 制 御 技 術を駆 使して、物 性 物 理 学のフロンティアを開「 超 高 速・超 高 精 度 光 制 御 技 術 」

拓し、サイズ、消 費エネルギー、検 出 感 度、制 御 精 度、動 作 速 度など

高度に制御された光による超高速物性解明と光周波数基準のの限界を打破する量子物性の革新的機能の創出を追求します。

構築「 光 活 性 固 体の物 性のナノスケール評 価 」
半 導 体ナノ構 造・希 土 類 系での光 子・励 起 子・スピンの振る舞いの探求

フォトニックナノ構造研究グループ「ナノフォトニクスを駆 使した光 集 積 技 術 」
超小型・超低エネルギー光素子・回路の実現、新奇光機能の創出

光 の 分 散 および チャー
プ 制 御 装 置：アト 秒 領域の超 高 速 光パルス実
現 のために光 特 性 の 補正を行う装 置です。

08

2 0 2 2 年 の 主な研 究 成 果Achievements in 2022

⽇本語版
(b)

高周波信号なし(a)
電流 (nA)

電子

32

電流

100 nm

高周波信号あり0( a ) 単一電子デバイスの電子顕微鏡写真

1020
時間 (s)30( b ) 高周波信号印加による電流変化

オプトメカニカル素子による液中センシングの概念図（左）と液中での機械振動スペクトル（右）。

英語版

時 定 数を超えた高 周 波 信 号を検出する
単 一 電 子デバイス

オプトメカニカル素子を用いた超高感度液中センシング
メカニカル素 子を用いた液 中 計 測 技 術は、微 粒 子の検出や液(b) w/o high-frequency signal
単一電子デバイスは単一電子の動きを制御することが可能で、Response current (nA)(a)
単一電子を1b i tとする回路などへの利用が期待されています。
34
しかし、デバイスの微小性により電気的な抵抗が大きく動作速Transistor

体の粘 弾 性 評 価を可 能にしますが、素 子の空 間 分 解 能や検出 感 度の抜 本 改 善が課 題でした。我々は、髪の毛サイズのガラス細 線からなるオプトメカニカル素 子を用いて、液 中での機度が遅いという問題がありました。今回、特殊構造を有するシリ械 振 動 特 性を光で超 高 感 度に読 取ることのできる新しいセン

コン・トランジスタを用いることで、32抵抗によって決まる速度より

シング手 法を提 案・実 証しました。この手 法により、ピコグラム

も高速な信号に応答することが可能となりました。これはトラン
current

レベル（ 単 一 バクテリア相 当 ）の質 量 検 出 感 度や、相 分 離しジスタのリーク電 流が 理 論 限 界まで抑えられた非 線 形な電 気
0
10
20
30
的特性に起因するもので、新たな高周波信号検出センサへのTime (s)利用が期待できます。

な化 学・バイオセンサやレオロジー応 用など、幅 広い分 野への100 nmw/ high-frequency signal

K. Nishiguchi, A. Fujiwara, and K. Chida, 35th International Microprocesses and Nanotechnology
Conference

(a)

放射損失小

M. Asano, H. Yamaguchi, and H. Okamoto, Sci. Adv. 8, eabq2502 (2022).

Modal frequency (THz)

192.55(a)Intensity (dB)

1
192.5

例外点

9
192.4

.47
192

nm

67

)

7 0
76 8

Ho
le s

65

s1 (

66

ift

m)

8 6
8 4
8 2

64

sh

2 (n

8 8

63

le

hift
s

Ho

68

放射損失大

9
9 6
9 4
9 2
8 0

61

.45
192

62

s1

展開が期待できます。

(b)
192.53s2た液 体の局 所 特 性 評 価を実 現しました。本 成 果は、超 高 感 度(a) 結合シリコンフォトニック結晶共振器。下部共振器の共鳴周波数及び放射損失は、共振器部分 ( 点欠陥 ) 近傍の空気穴列二列の位置シフト s1 及び s2 により制御される。
(b) 系の二つの固有モード周波数 ( 実部 ) の s1、s2 依存性。青いマーカーで示される
データにおいて、系は放射損失の差に基づく対称性を持つ。赤い円は例外点を示す。

放射損失に由来するフォトニック結晶結合共振器の例外点

0(b)
Amplitude (dB)

e

-20

-40

-10
-20
-30

frep
2fceo

frep-2fceo

-40
-50
-60

-60
400

800

1200 1600 2000
Wavelength (nm)

2400

-70
0

100
200
Frequency (MHz)( a ) スーパーコンティニウム光のスペクトル( b ) f -3 f自己参照干渉法によるキャリアエンベロープオフセット信号

結 合 共 振 器において、個々の共 振 器の持つ光 学 利 得や損 失

単一SiN導波路による光周波数コムの周波数安定化に差をつけていくと、例外点と呼ばれる複数の結合固有モード

実験室の外で光周波数コムを用いるためには、小型かつ周波の縮退が起こるとされています。例外点では、状況に応じ一方数安定化した光周波数コム光源が必要になります。今回、SiN

向的な応答や円偏光放射、発光増強といった特異な現象が生

導 波 路の分 散を設 計し、導 波 路の幅や長さを最 適 化することじるため、近年注目が集まっています。我々は、シリコンフォトニッ

で、400～ 2500 n m の超 広 帯 域なスーパーコンティニウム光ク結 晶 結 合 共 振 器における空 気 穴の位 置の変 調により、各の発 生と、f -3 f自己参 照 干 渉 法によるキャリアエンベロープオ

共振器の放射損失の差をつけることで、利得・吸収媒質やキャフセット周波数の安定化に成功しました。単一の光学素子で周リア励起が不要な例外点を生成できることを理論的に示しまし波 数 安 定 化が可 能な本 方 式が、小 型な光 周 波 数コム光 源のた。本研究は、外部制御不要な例外点光デバイスの実現と応プロトタイプとして有望であると考えています。

用の可能性を拓くものです。

K. Takata, N. Roberts, A. Shinya, and M. Notomi, Phys. Rev. A 105, 013523 (2022).

A. Ishizawa, K. Kawashima, R. Kou, X. Xu, T. Tsuchizawa, T. Aihara, K. Yoshida, T. Nishikawa, K. Hitachi,
G. Cong, N. Yamamoto, K. Yamada, and K. Oguri, Optics Express 30 (4) 5265 (2022).

A d v a n c e d A p p l i e d P h y s i c a l S c i e n c e L a b o r a t o r y：フロンティア機能物性 研 究 部

34

トランジスタ09

Quantum Science and Technology Laborator y
グループ・研 究テーマ

量子科学イノベーション研究部

Group Introduction

量子光制御研究グループ「量子光通信」
光の量子状態制御と新しい通信への応用「 量 子 光 学 技 術を用いた非ノイマン型コンピューティング」

研究部概要

相互作用する光発振器群による新しい計算機の創出

Over view「 量 子 情 報 科 学の理 論 的 研 究 」

量 子 科 学イノベーション研 究 部は、量 子 科 学 分 野に学 術 的に貢 献

量子コンピュータ、量子通信、量子ネットワーク、量子計測に関するすると同 時に、量 子 技 術を用いて従 来の情 報 処 理の限 界を打 破す
る新 概 念、技 術を創出することをミッションとしています。量 子 情 報 処

理論量子物理研究グループ

理論体系の構築理 理 論と、光、半 導 体、超 伝 導デバイスなどが 示す様々な量 子力学

超伝導量子回路研究グループ

的な効 果の研 究を基 盤とし、これらを用いて量 子 通 信、量 子センシン「超伝導量子回路」

グ、光 発 振 器に基づく非ノイマン型 計 算 機、さらには超 伝 導 量 子 回

超伝導素子による量子状態の制御

路やトポロジカル量 子 現 象を用いた量 子 計 算 機などの実 現を目指し「極限量子計測技術」て研究開発を行っています。

量子力学の原理を用いた物理量の超高感度計測

量子固体物性研究グループ「 半 導 体および２次 元 物 質のヘテロ・ナノ構 造における量 子 伝 導 」
量子デバイスにおける非従来型の電荷・スピン輸送現象「 量 子デバイスにおける高 速キャリアダイナミクス」
電子のコヒーレントな運動による情報処理3

H e /4H e 希 釈 冷 凍

機 : 超伝導素子や半導 体 量 子 デ バイスな
どの極 低 温 測 定（ 1 0 0
ミリケルビン以 下 ）に使われています。

10

2 0 2 2 年 の 主な研 究 成 果|hΦ(T)|Ψ(T)i|, cos( n L (conv))n
オーバーラップとその下限

Achievements in 2022

1

0.8

P

0.4
0.2

0
100

1000

10000

トロッター数M( a )4 次元タイムビン量子状態に対する状態測定装置の部分系( b ) 各生成/ 測定状態に対する条件付き測定確率分布

真のダイナミクスとシミュレーションして得られたダイナミクスのオーバーラップ（赤丸）、我々が導出した下限（緑四角）、既知の下限（青三角）。

d 次元タイムビン量子状態に対する(d+1)相互不偏基底のスケーラブルな実装と測定

被駆動系のデジタル量子シミュレーションにおける状態依存誤差限界

一つの光 子に多 値 情 報を埋め込むことで量 子 鍵 配 送の高 速

デジタル量子シミュレーションは量子コンピュータの最も有望な化を図る、高次元Q K D の研究が活発化しています。今回、d 次

応用先の一つです。デジタル量子シミュレーションでは時間発展

元Q K D の通信エラー耐性向上に利用できる( d +1 ) 相互不偏演算子をシミュレーション可能な量子ゲート操作に分解しますが、基 底を、光ファイバー通 信に適したタイムビン量 子 状 態に対し

この分解はトロッター誤差を引き起こします。この誤差を評価すてスケーラブルに実装する手法を提案しました。また、実験によるために、我々は真のダイナミクスとシミュレーションして得られた

り高次元Q K Dに応用可能な低いエラーレートの観測に成功しダイナミクスのオーバーラップに対する下限を導出しました。また、ました。本成果により、高速で安全な暗号通信の安定性向上・

N I S Qコンピュータによるシミュレーションを念頭に、ノイズがある

高機能化が期待できます。

場合でも適用することができる拡張を与えました。

T. Hatomura, Phys. Rev. A 105, L050601 (2022).

(b)
Current (a.u.)(a)Graphene
LT-GaAsZnO

Al 2O 3

1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0

A

VGate

-5

(c)

ZnO

Drain

SourcehBN/Graphene/hBN

0

5

10

15

20

25

Time (ps)1
4

Current (a.u.)

T. Ikuta, S. Akibue, Y. Yonezu, T. Honjo, H. Takesue, and K. Inoue, Phys. Rev. Research 4, L042007 (2022).

2

220 GHz

0.1
4
2

0.01
4
2

0.001

3

4

5 6 7 8

0.1

2

3

4

5 6 7 81

2Frequency (THz)

2 準位欠陥のスペクトル ( 中央)。スペクトルの傾きの違いから電荷型2 準位欠陥( 左)と臨界電流型2 準位欠陥( 右)を識別できる。

( a )グラフェン光検出器の模式図（挿入図：試料の全体像）( b ) 光電流の実時間波形 ( c ) 光電流のフーリエ波形（3 d B 帯域：220 G H z）

超伝導量子ビット中の欠陥の検出

グラフェンにおける超高速光−電気変換

超伝導量子ビットの寿命を制限している大きなノイズ源の一つ

グラフェン光検出器は広帯域の光に対して高感度かつ高速にが、量子ビットを構成するジョセフソン接合の電荷揺らぎを引き応答すると期待される有望な次世代デバイスです。しかし、これ起こす2 準位欠陥です。本研究では、理論的に予想されていたまでゼロバイアス下における実 証 動 作 速 度はデバイス構 造やタイプの異なる2 準位欠陥を実験的に識別する方法を提案し、測定機器の問題で律速されており、グラフェン本来の性質が調実証しました。本手法により深まった欠陥の特性に対する理解

べられず動作原理が解明されていませんでした。我々は、これらを、試料作製にフィードバックし、作製プロセスや材料を最適化の壁を打破することにより220 G H z の高速動作を実現し、さらすることにより、限りなく欠陥を少なくした長寿命な量子ビットのに動作原理を解明することに成功しました。本成果は、グラフェ実現が期待されます。

ン光検出器の性能を最大限引き出すための設計指針を与える
ものです。

L. V. Abdurakhimov, I. Mahboob, H. Toida, K. Kakuyanagi, Y. Matsuzaki, and S. Saito, PRX Quant. 3,040332 (2022).

K. Yoshioka, T. Wakamura, M. Hashisaka, K. Watanabe, T. Taniguchi, and N. Kumada, Nat. Photonics 16,
718 (2022).

Q u a n t u m S c i e n c e a n d Te c h n o l o g y L a b o r a t o r y：量子科学イノベーション研 究 部

0.6

11

Nanophotonics CenterN a n o p h o t o n i c s C e n t e r：ナノフォトニクスセンタ

ナノフォトニクスセンタ

センタ概 要Over view

ナノフォトニクスセンタは、ナノフォトニクス技 術を駆 使して、様々な機能をもつ光デバイスを大 量・高 密 度に集 積する大 規 模 光 集 積 技 術の確立、および光情報処理の消費エネルギーの極限的な低減を目指
す革新研究を行うために、2012 年4月に設立されました。
フロンティア機能物性研究部フォトニックナノ構造研究グループのメン
バを中 心に、物 性 科 学 基 礎 研 究 所および先 端 集 積デバイス研 究 所の中でナノフォトニクス研究に関わるメンバにより構成されています。

研 究テーマ
フォトニック結晶、プラズモニクスによる極限的相互作用増強の探求●

Research Center for Theoretical Quantum Physics

R e s e a rc h C e n t e r f o r T h e o re t i c a l Q u a n t u m P h y s i c s：
理 論 量 子 物 理 研 究センタ

理論量子物理研究センタ●

ナノ光スイッチ、ナノレーザなど超小型・超低消費エネルギー光素子の追求●

ナノマテリアルとナノフォトニクスの結合による新しい光のプラットフォーム●

ナノフォトニクスを用いた光電融合演算技術

センタ概 要Over view

物 質 や 光 の 原 子レベルでの 現 象を説 明する量 子 力 学は、前 世 紀
大 変な成 功を収めました。その 直 感 に 反する原 理は、私たちの 世
界 における「 実 在 」についての 理 解を変えるとともに、技 術 革 新をもたらしてきました。いまや 量 子 力 学 は 私 たちの デジタル 社 会 の根 幹を支えています 。量 子 力 学が 指し示 す 世 界とは 一 体 何なのか。またその 原 理が 可 能とする技 術 的 進 歩は何なのか。これらの
疑 問 の 全 容はいまだ解 明されずにいます 。2 0 1 7 年 に 設 立された
理 論 量 子 物 理 研 究センタでは、これら最 先 端 研 究 の 遂 行を目指し、N T T 研 究 所 の 垣 根を超えた、様々な分 野（ 物 理 学 、計 算 科
学 、数 学 や 化 学など）の 研 究 者が 集められています 。

研 究テーマ

Bio-Medical Informatics Research Center

B i o - M e d i c a l I n f o r m a t i c s R e s e a rc h C e n t e r：
バイオメディカル情報 科 学研究センタ

バイオメディカル情報科学研究センタ●

量子力学の基礎●

量子アルゴリズムと計算複雑性●

量子計測、量子センシング

●

量子物質
●

●

量子通信、量子シミュレーション、量子コンピュータ

原子、分子、光学物理

センタ概 要Over view

バイオメディカル 情 報 科 学 研 究センタ（ B M C ）は、I C T や A Iを活用したデータ駆 動 型 医 療 の 創 造を目標 に、関 連 研 究 所が 連 携した組 織として2 0 1 9 年 7 月に発 足しました。B M C は、医 療・健 診・
ゲノム 情 報 や 行 動 情 報 の A I 分 析 、日常 生 活でのリアルタイムバ
イオモニタリング、生 体 模 倣 ナノデバイスや 生 体 適 合 新 素 材などの 基 礎・応 用 研 究 に取り組 みます 。さらに、医 療 機 関 のパートナー
やグローバル 研 究 開 発 拠 点であるN T T R e s e a r c h I n c . 生 体
情 報 処 理 研 究 所などと協 力し、医 療 健 康 分 野 のコ・イノベーショ
ンを推 進します 。

研 究テーマ●

個人医療データのAI 分析による個別化医療（プレシジョンメディシン）●

AI-テレ聴診器やhitoe® 心電計測を活用した心臓モデリングとリハビリ活動支援●

非侵襲血糖センサや深部体温センサによる生活習慣病マネジメント●

生体機能を補完するインプラント素材や人工神経ネットワーク創製

12

2 0 2 2 年 の 主な研 究 成 果Achievements in 2022

オプトメカニカル共振器QEDシステムによる発光の動的制御
我々は、光共振器、機械共振器、光学遷移が強く結合したオプトメカ(a)

ナノ共 振 器 及び 高Q 機 械 共 振 器として機 能します。この素 子を一(c)

定の繰 返し周 波 数の短パルスで励 起することで、機 械 振 動による

PhotonCollision

ナノビームフォトニック結 晶で構 成され、互いに強く結 合した高Q 光

Pump

ニカル共振器量子電磁力学( Q E D )システム（図( a )）を実現しました。素子（図( c )）は、銅不純物をドープしたS iをベースとした、2 本の(b)Optomechanical (OM) cavity(d)
OM modulated SE

発光レートの動的制御に成功しました( 図( b ) )。この現象は、物質の自然 放 出 過 程が光 共 鳴によって増 強される共 振 器Q E D 効 果の、
機械振動による動的制御に成功したことを意味し、新たなハイブリッド量子系の可能性を指し示すものです。

F. Tian, H. Sumikura, E. Kuramochi, M. Takiguchi, M. Ono, A. Shinya, and M. Notomi, Optica 9, 309 (2022).

( a ) ハイブリッドオプトメカニカル共振器Q E Dシステムの原理図( b ) 系のスペクトル応答。光で駆動した機械振動により、発光遷移が動的に増強される( c )オプトメカニカル共振器の構成( 上)と電子顕微鏡像( 下)( d ) 発光の時間分解測定結果。機械振動の周期に応じて発光が動的に増強されている

量子エクストリームリザバー計算
Data processsing

リケーションは非常に抽象的であり、あまり実用的ではありません。こInput layer

Quantum hidden layer

M-layer

こでは、分 類 問 題に対して量 子プロセッサが生 成する特 徴 空 間のClassical processor

Quantum Reservoir(Quantum processor)

PCA Map

困難な領域に突入したと思われています。
しかし、現在のNISQアプ

Encorder

今日、NISQプロセッサの能力は、スーパー・コンピュータでは計算が役割に着目した、計算リソース効率が良い量子ニューラルネットワー
クモデルを導入しました。これは、離散時間結晶モデルで生成される

Output layer

複雑なスケールフリー・ネットワークが、量子的な利点を持つ特徴空0

PCA Map

間をどのように生成し得るのかを明らかにします。分類問題のタスク
ごとに量 子プロセッサを最 適 化する必 要がないことは、このモデル

9
Scale-free networkの注目すべき点です。

A. Sakurai, M. P. Estarellas, W. J. Munro, and K. Nemoto, Phys. Rev. Applied 17, 064044 (2022).

量子（赤）と古典（黄）の両方のデータ処理を利用した量子エクストリームリザバーコンピュータの構造を示す模式図。量子リザバーは、離散時間結晶で生成されたスケールフリーネットワークを用いて形成されている。

概日リズムの可視化に向けた貼り付け型深部体温センサ
脳や内臓といった核心部の温度（深部体温）は約24 時間の周期で変動し、ホルモン分泌や睡眠覚醒等を調節する体内時計の指標とし身の負担が大きく日常での簡便な測定は難しいです。そこで、我々は

(a)

(c)

体表に貼り付けて測るセンサを開発しました。外気の影響を受けやす
貼り付け型
深部体温センサいという貼り付けセンサの課題を数値計算により設計した独自のセンサ構造を取り入れることで解決しました。睡眠中の深部体温の可視化に成功し、現在様々なシーンでエビデンス獲得を進めています。

(b)

独自の金属構造.

深部体温(℃)て注目されています。
しかし、脳や体腔等にセンサを挿入するのは、心時刻

皮膚温度と熱流束センサ((a)
a ) 貼り付け型深部体温センサ ( b ) センサ内部の模式図( c ) 代表的な睡眠時の深部体温(c)

Skin attachable
CBT sensor.

(b) Unique metal structure.

dy temperature (℃)

Y. Tanaka, D. Matsunaga, T. Tajima, and M. Seyama, IEEE Sensors Journal, 21, 16118 (2021).
D. Matsunaga, Y. Tanaka, T. Tajima, and M. Seyama, 44th Annual International Conference of the IEEE
Engineering in Medicine & Biology Society (EMBC), 1258 (2022).

ー鼓膜温度（医療機器）
ー貼り付け型深部体温センサ

ーTympanic temperatureーProposed sensor

13「N T Tフェロー」は、世界的に認められる研究業績を挙げた社員の中で、N T Tとして必要不可欠な分野の研究テーマに対し今後も高い成果が期待できる研究者に与えられる称号であり、重要分野の革新的な研究を推進していく使命を担っています。
「 特別研究員」は社内外からとりわけ優秀な研究者として認められている革新研究者であり、その中でも極めて優秀な研究者が「上席特別研究員」です。共に、NTTグループにとって長期的に重要と判断される研究分野において、革新研究／先導的な技術開発を牽引する使命を担っています。 2022 年12月31日付

N T T フェロー
NTT Fellow

Shingo Tsukada

Hiroshi Yamaguchi

医 学・情 報 科 学 研 究 統 括

量 子・ナノデ バイス研 究 統 括

研究テーマ

研究テーマ

先端医療材料を用いた半導体ナノメカニクス

塚田信吾

山口浩司

生体情報の取得・機構解析

上 席特別 研究員
Senior Distinguished Researcher

Masaya Notomi

納富雅也

Koji Muraki

Hideki Yamamoto

村木康二

Akira Fujiwara

山本秀樹

藤原

聡

多元マテリアル創造科学研究部長

ナノフォトニクスセンタ長

研究テーマ

研究テーマ

研究テーマ

研究テーマ

フォトニックナノ構造による光波制御

低次元半導体構造の量子電子物性

薄膜合成法による新奇超伝導及び半導体ナノ構造を用いた磁性物質の創製と物性解明

極限エレクトロニクス

Hiroki Takesue

Shiro Saito

Yoshitaka Taniyasu

量子科学イノベーション研究部長

超伝導量子回路研究グループリーダ

薄膜材料研究グループリーダ
低次元構造研究グループリーダ

研究テーマ

研究テーマ

研究テーマ

研究テーマ

量子情報技術の創出

光通信波長帯における量子通信実験

超伝導量子回路を用いた

グリーンイノベーションに向けた

コヒーレントイジングマシン

量子情報技術の研究

機能性材料の研究

William John Munro
理 論 量 子 物 理 研 究センタ長

齊藤志郎

武居弘樹

谷保芳孝

特別 研究員Distinguished Researcher

Norio Kumada

熊 田 倫 雄Katsuhiko Nishiguchi

西 口 克 彦Haruki Sanada

眞 田 治 樹Imran Mahboob

Kengo Nozaki

Takahiro Inagaki

Gento Yamahata

Koji Azuma

Hajime Okamoto

Masayuki Hashisaka

野 崎 謙 悟東浩 司

稲 垣 卓 弘岡 本

創山 端 元 音橋 坂 昌 幸14

学 術 論 文 掲 載 件 数と主な掲 載 先（）内 数 字 …インパクトファクター2 0 2 1

2 0 2 2 年 に掲 載された学 術 論 文 の 件 数は、N T T 物 性 科 学 基 礎 研 究 所 全 体で6 4 件です 。

Publication List

（ 1 論 文あたりの 平 均 I F = 5 . 9 0 5 ）PHYSICAL REVIEW B (3.908)

8
5

PHYSICAL REVIEW A (2.971)

5

JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS (1.491)
4

PHYSICAL REVIEW RESEARCH (＊)
NATURE COMMUNICATIONS (17.694)

3

PHYSICAL REVIEW APPLIED (4.931)

3
3

APPLIED PHYSICS LETTERS (3.971)
SCIENCE ADVANCES (14.957)

2

COMMUNICATIONS PHYSICS (6.497)

2

PHYSICAL REVIEW MATERIALS (3.98)

2

OPTICS EXPRESS (3.833)

2

APPLIED PHYSICS EXPRESS (2.819)

2
2

AIP ADVANCES (1.697)
NATURE PHOTONICS (39.728)

1

BIOSENSORS & BIOELECTRONICS (12.545)

1

NPJ COMPUTATIONAL MATERIALS (12.256)

1

OPTICA (10.644)

1

PHYSICAL REVIEW LETTERS (9.185)

1

NANOPHOTONICS (7.923)

1

PRX QUANTUM (7.514)

1

NPJ QUANTUM MATERIALS (6.856)

1IEEE ELECTRON DEVICE LETTERS (4.816)

1

LANGMUIR (4.331)

1

JOURNAL OF THE PHYSICAL SOCIETY OF JAPAN (1.933)

1
1

2

3

4

5

6

国際会議発表件数

特許出願件数Presentations

Patents

1 1 8 件（うち招 待 講 演 3 7 件 ）社外表彰受賞者一覧
Awards

令和4年度科学技術分野の文部科学大臣表彰 科学技術賞 研究部門
光通信波長帯量子光学と情報処理への応用に関する研究

武居 弘樹

令和4年度 科学技術分野の文部科学大臣表彰 若手科学者賞
量子インターネットに向けた量子中継の理論的研究

東 浩司

日本物理学会 第3 回 米沢富美子記念賞
新奇半導体材料における量子輸送およびスピン軌道相互作用制御の研究

高瀬 恵子

14 th Conference on Laser and Electro-Optics Pacific Rim (CLEO Pacific Rim 2022 ) Best Paper Award
Erbium-doped Rare-Earth Oxide Thin Film Waveguides for Integrated Quantum Photonic Devices
徐 学俊、平石 真也、稲葉 智宏、土澤 泰、石澤 淳、眞田 治樹、俵 毅彦、J e v o n L o n g d e l l、小栗 克弥、後藤 秀樹

18 th International Workshop on Nanomechanical Sensing (NMC2022 ) Best Oral Presentation
An optomechanical prober in liquid with twin microbottle resonators

浅野 元紀

応用物理学会 第20 回JSAPフォト＆イラストコンテスト 最優秀賞
ナノサイズの鉛筆?

7

滝口 雅人、S y l v a i n S e r g e n t、納富 雅也、S t é p h a n e V é z i a n、B e n j a m i n D a m i l a n o

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