文部科学省と国立大学附置研究所・センター 個別定例ランチミーティング

第71回 東京大学 素粒子物理国際研究センター（2024.1.19)
12:05－12:10(5分） :センターの概要
浅井祥仁 センター長・教授
12:10－12:25(15分） :若手研究者からのプレゼン
LHC-ATLAS実験 奥村恭幸 准教授
量子研究
寺師弘二 准教授
12:25－12:45(20分） :質疑応答

組織人員

東京大学素粒子物理国際研究センターは2024年に50周年を迎えます。

教職員

36名

博士課程大学院生

17名

修士課程大学院生

23名

副センター長

小柴先生「世界の一番高いエネルギーの加速器があるところに行って実験しよう」
素粒子物理学の東大発2系譜©東京大学

 世界最高水準の研究機関を拠点とする国際共同実験
 国内に実験施設を建設し、拠点とする国際共同実験

1974年

理学部附属高エネルギー物理学実験施設発足
初代施設長 小柴昌俊

1984年

理学部附属素粒子物理国際センターへ改組
スイス・欧州合同原子核研究機構(CERN)へ

1994年

素粒子物理国際研究センターへ改組
文部省の全国共同利用施設に認定

2002年

小柴昌俊 ノーベル物理学賞受賞

2004年

国立大学の法人化
素粒子物理国際研究センターを再組織

2010年

文部科学省より共同利用・共同研究拠点に認定

2012年

ヒッグス粒子の発見

2021年

量子AIテクノロジー研究分野を創設
量子ネイティブ育成センターを発足

©CERN

©CERN

国際共同実験ATLAS @CERN©PSI©MEG Collaboration

国際共同実験MEG @PSI

量子プラットフォーム（研究・教育・産学連携）素粒子物理国際研究センターの強みを生かした UTokyo COMPASS 「10の目標」 コミットメント
10. 国際感覚をはぐくむ教育
12. 大学院教育：高い専門性と実践力を備え次世代の課題に取り組む人材の育成
13. 若手研究者の育成

4. 地球規模の課題解決への取組
6. 卓越した学知の構築
7. 産学協創による価値創造
8. 責任ある研究

16. 安心して活動でき世界の誰もが来たくなるキャンパス
19. 社会への場の広がり
20. 国際的な場の広がり

第４期中期目標・中期計画期間に発展させる3つの重点施策① 東京大学CERN-LHC研究拠点を生かした教育・研究機能の強化② 東京大学地域解析センターの次世代大規模コンピューターモデル開発③ 未来構想事業に直結した東京大学量子イニシアティブ構想の進展
卓越した学知の実績推移

センター教員による過去13年の論文業績※太い赤枠は本センターが貢献

©CERN

©LIGO

論文数

1,605編

総被引用数

93,564回

ATLAS実験の物理関連の論文数1200編を突破!
902
710

760編（Ｑ値＝47.4％）

Top１％論文数

168編

FWCI

4.05

605
501
379
227
13

運営費交付金32%

受託研究費10%

科研費
33%20142016201820202022【特記事項】

その他補助金2%
23%

273

98
2012

共同研究費

1227

813

Top10％論文数

研究費獲得状況

1116
1029
972 量子研究に関する共同研究費(IBM, 国内企業)や受託研究費(JSTさきがけ2課題)＋科研費(学術変革A・基盤研究B)の採択により、財源の多様化が進行
 共創の場形成支援プログラム（COI-NEXT）参加
 先端共同研究推進事業（ASPIRE）
TopチームのためのASPIREに採択
 概算要求: 人類共通の叡智を拓く国際的な素粒子研究

ヒッグス粒子の発見とそれからわかってきたこと• ヒッグス粒子の発見(2012)年から今まで• 現場の若手研究者の努力（国際的な組織での協働と競争）• CERNにあるLHC加速器とATLAS/CMS実験装置で達成• 予言されていた「最後の素粒子を発見」にとどまらず、• 精密検証により「宇宙初期に宇宙中で相転移が発生し、現在の宇宙は“凍っている”」という現代物理の筋書きを実験的に証明• 物理学・自然観のパラダイム・シフト

ヒッグス粒子発見発表時の様子(2012)• 新たな謎「我々の宇宙（真空）は本当に安定か？」
トップクォーク質量とヒッグス質量で宇宙の安定性を考察

国際協力の中での研究の遂行• 国際協力でビッグサイエンスを実現• 国際共同研究者コミュニティーにおける高い認知、多くのリーダーシップ役職担当者を輩出• CERNにおいてスタッフ院生常駐のサテライト研究拠点を創出し、国際共同研究を先導• 2023年度本学の長期派遣実績：スタッフ５名、大学院生８名• 2000年代前半の建設期から、現代まで引き継がれる基本的な研究姿勢・体制となっています

国際協力研究と本学で開催した国際ワークショップ• ATLAS実験装置

ATLAS実験装置• 1億チャンネルのセンサーからなる25 x 25 x 40 m3 の巨大なセンサー群• 数cmの長さを持つ針状の陽子の集団 (約1011個) を直径30ミクロン程度まで絞り正面衝突• 1秒間に2,000,000,000回発生する衝突現象を観測する• 現在までに2京回を超える陽子陽子衝突を発生させて物理成果の創出を狙う• 手作りの実験装置• 次は 2029 年の開始の次期実験のために2025年から2029年にかけて大改造
手作りの検出器
メンテナンスも物理学者の研究

25ナノ秒に一回交差

陽子陽子衝突を捉えるATLAS実験装置

共同利用・共同研究拠点• 国内大学・研究機関間での共同研究を先導• CERN拠点を活用し、共同研究者組織のCERNでの研究を支援するハブ機能• CERNにおける国内大学院生・若手スタッフの研究・生活のサポート

国内大学・研究機関との共同研究、CERNにおける国内大学院生のサポート、研究会

量子技術の研究開発

IBMQIIC

東京大学
量子イニシアティブ

量子イノベーション
イニシアティブ協議会

IBM-東大ラボ

新川崎

日本に量子コンピュータエコシステムを構築
IBM-ICEPPの共同研究
ソフト共同
研究チーム

ハード共同
研究チーム

127量子ビット機

量子AI, マテリアルズ・インフォマティクス, 最適化, 金融, …

量子ネイティブ育成センター

東京大学とQIIC参加
企業は、占有的にア
クセス可能

JSRとの共同研究

素粒子センター
量子技術の開発・応用で国際共同研究を展開

CERN

LBNL

Fermilab

量子コンピュータの社会実装

UChicago (部局連携)

arXiv:2211.04336

水素分子の波動関数を学習し、高分解能の波動関数を予測量子コンピュータ ＋ AI

量子AI

古典計算に対して、近い将来NISQが優位になる可能性のある分野
量子状態に変換

量子AI

量子シミュレーション

IBM・QII企業との共同研究

量子データ

素粒子理論の基本的な場（ゲージ場）をシミュレートし、その状態を学習する
Phys. Rev. Res. 5, 043250 (2023)

𝜌𝜌…

QII企業との共同研究𝑈𝑈(𝜽𝜽)

…

古典データ

量子コンピュータ
古典計算機• 量子AIの社会実装• 量子データ活用の可能性

量子コンピュータの研究開発
ジョセフソン接合

低温センター

200 nm ×200 nm

超伝導量子ビット

超伝導量子ビットの開発・高度化

共振器の中に入れてシールドの中に入れて希釈冷凍機へ (~10 mK)

暗黒物質・重力波の探索
暗黒物質が変換した光を量子ビットで検出する

東京大学
浅野キャンパス

リソグラフィーナノ
計測拠点（武田CR）

|𝑒𝑒⟩

|𝑔𝑔⟩

学生・若手スタッフが主体になり、アイデア出しから設計・開発・実験まで

量子ネイティブ人材育成
量子コンピュータ教育は物理、情報、計算科学、材料科学など多様な知識が必要

量子ネイティブ育成センター (2021年〜)

qnec.jp

IBM量子コンピュータ（浅野）2022年度

2023年度

量子コンピュータ実習（学部3-4年生）‣ 量子コンピューティング教材 (実習用ワークブック)‣ 毎年90名程度

IBM量子コンピュータを教育に使えるのは、ここだけ？

が参加

光量子多様なハードウェア実習を展開 核磁気共鳴