2. 革 新 材 料 の 開 発
量子ビームの利用により初めて解決できる本質的課題に集中的

QSTはスピントロニクスデバイス用の新しい積層材料として、ビット形成を実現しました。この技術はさらなる多量子ビット化して人の体の中に入れたりすることを念頭に置き、有害物が発生に取り組み、量子ビームナノ加工・解析技術や計算科学的手法等を磁性体の中でスピンの向きをそろえる性質に最も優れるホイスの可能性を秘めています。今後、室温で使える超並列計算が可能なする薬品などの使用を避け、安全・安心を確保した上で素材に新し活用した「量子材料・物質科学」を推進する―――。
「 QST未来戦略

ラー合金と、非磁性体の中でスピンの向きを保つ性質に最も優れ量子コンピューターや量子通信の実現に貢献していきます。

い機能を付加する技術を開発しています。

2016」で定めた道筋に従い、量子ビームを利用した革新的材料開るグラフェンからなる材料の開発に、世界で初めて成功しました。

その一つが、体内における細胞の周囲環境を模擬したタンパク発を進めることで、社会的・学術的課題解決を推進しています。代この新しい積層材料を使って電子スピンを自在に操作できるよう質ハイドロゲル培養基材の開発です。通常、生体から取り出した細表的な取り組みとして、超スマート社会の実現に不可欠な電力消になれば、身の回りの膨大な情報をデータとして瞬時に記録、処理費が極めて少ないデバイス材料開発のために、従来の電流によるして活用することが可能になり、私たちがこれまでに経験したこや能力を維持したまま細胞を育てるためには、体の中の柔らかい制御ではなく、電子のスピンという磁気的性質および光とスピンとがない超高速情報通信の世界の扉を開くことができます。

環境を再現できるような材料が必要です。量子ビーム橋かけでタ有機化合物イオンとの相互作用を利用する「スピンフォトニクス」という新技術の確

ンパク質から作ったハイドロゲルは、その成分・柔らかさともに体立に取り組んでいます。また、量子ビームを用いたグラフト重合、内環境に非常に近いのものです。今後も、ハイドロゲル培養基材の橋かけ技術などの高度化により、生体適合性材料の形状加工に留ターゲット

まらず、硬さや機能までをも自在に制御することで、革新的なバ（ダイヤモンド）

イオデバイスの創製にも取り組んでいます。

イオン源

情報処理の高速化・省エネ化の切り札となるスピンフォトニクス材料開発

窒素イオン処理速度を持ち、かつ、エネルギー消費が少ないデバイスを実現できます。

るため、チップを複数貼り合わせて積層することで性能を向上させる技術の開発が切望されています。ところが、シリコーンは化学的に安定で、従来の方法ではチップ同士を接着させることが困難です。また、接着時に重ね合わせる位置がずれると、流路がつながダイヤモンドらずチップとして機能しなくなってしまいます。そこで、QSTでは四つ葉のクローバ（約500μm四方）のような模様がグラフェンで成膜した試

この課題解決に取り組み、チップ同士の位置を正確に合わせて積験素子であり、その電気的特性を4本のプローブにより計測します。

量子コンピューター・量子通信のための多量子ビット形成技術

NV

従来技術
（NVセンターが離れて形成）通信などにも用いられ、多量子ビット化技術が重要となります。
代表的な量子ビットが、ダイヤモンド中の窒素不純物とその隣にできた空孔で形成されるNVセンターです。QSTは窒素イオンビーム注入による作製技術の研究開発を行ってきました。二つのNVセンターによる2量子ビット形成から10年弱の間、NVセンターのみによる3量子ビット化への進展はありませんでした。このため、新しい多量子ビットの形成技術が求められていました。
これまでのNVセンター作製では窒素原子や窒素分子をイオン注入していましたが、窒素だけにこだわらず、窒素を含む有機化合物イオンに着目し、これをダイヤモンドに打ち込むことで3量子NVプや関連パーツをすべて同時に貼り合わせる一括積層技術を新たNV

3量子ビット形成技術（NVセンター3個が近接して形成）を実現する技術です。その技術を応用して進めているのが量子ビットの研究開発です。量子ビットは量子コンピューターや量子み上げた後に量子ビーム照射の1工程で複数のマイクロ流路チッNV

NV

スピンフォトニクスのもう一つの柱が、光とスピンの情報交換

グラフェン中を伝搬するスピン流のイメージ

また、マイクロ流路チップは、髪の毛よりも細い幅の流路や容器で、血液検査や細胞の分離などに使われ始めています。しかし、窒素を含む有機化合物イオンす。従来のエレクトロニクスでは電子の「ある」「なし」を情報処理
き」もデジタル情報として扱えるようにすることで、飛躍的に高いう、研究に励んでいきます。

チップ1枚に搭載できる分析機能や投入できる液量が限られていクスであり、その中核が、スピントロニクスデバイス材料の開発でに用いますが、スピントロニクスは電子のスピンの「上向き」「下向優位性の実証を進め、再生医療や創薬など幅広い分野で役立つよを手のひらサイズのシリコーン基板の中に組み込んだデバイス

有機化合物イオンをダイヤモンドに打ち込む模式図

量子ビームナノ加工技術の代表的な研究開発がスピンフォトニ

24

胞はプラスチックなど硬い材料の上で育てますが、細胞本来の姿に開発し、多層マイクロ流路チップの実現にめどをつけることができました。引き続き、実用化に向け、生産レベルに適用できるよう、技術を確実なものに発展させていきます。

多量子ビット形成の模式図

創薬や医療診断の高度化に向けたバイオデバイス創製
量子ビームによる材料の微細加工や橋かけ技術の高度化により、先端医療やバイオ研究に欠かせないバイオデバイスを創出するため、体内環境を模した細胞培養基材の開発や、従来は一枚型だったマイクロ流路チップを多層化する技術の開発研究に取り組んでいます。
QSTは量子ビームを駆使して、体内環境を模したり、医療材料と複数枚同時に積層化されたシリコーン製流路チップ

QST 5th Anniversary25

2. 革 新 材 料 の 開 発
量子ビームの利用により初めて解決できる本質的課題に集中的

QSTはスピントロニクスデバイス用の新しい積層材料として、ビット形成を実現しました。この技術はさらなる多量子ビット化して人の体の中に入れたりすることを念頭に置き、有害物が発生に取り組み、量子ビームナノ加工・解析技術や計算科学的手法等を磁性体の中でスピンの向きをそろえる性質に最も優れるホイスの可能性を秘めています。今後、室温で使える超並列計算が可能なする薬品などの使用を避け、安全・安心を確保した上で素材に新し活用した「量子材料・物質科学」を推進する―――。
「 QST未来戦略

ラー合金と、非磁性体の中でスピンの向きを保つ性質に最も優れ量子コンピューターや量子通信の実現に貢献していきます。

い機能を付加する技術を開発しています。

2016」で定めた道筋に従い、量子ビームを利用した革新的材料開るグラフェンからなる材料の開発に、世界で初めて成功しました。

その一つが、体内における細胞の周囲環境を模擬したタンパク発を進めることで、社会的・学術的課題解決を推進しています。代

この新しい積層材料を使って電子スピンを自在に操作できるよう質ハイドロゲル培養基材の開発です。通常、生体から取り出した細表的な取り組みとして、超スマート社会の実現に不可欠な電力消になれば、身の回りの膨大な情報をデータとして瞬時に記録、処理費が極めて少ないデバイス材料開発のために、従来の電流によるして活用することが可能になり、私たちがこれまでに経験したこや能力を維持したまま細胞を育てるためには、体の中の柔らかい制御ではなく、電子のスピンという磁気的性質および光とスピンとがない超高速情報通信の世界の扉を開くことができます。

環境を再現できるような材料が必要です。量子ビーム橋かけでタ有機化合物イオンとの相互作用を利用する「スピンフォトニクス」という新技術の確ンパク質から作ったハイドロゲルは、その成分・柔らかさともに体立に取り組んでいます。また、量子ビームを用いたグラフト重合、内環境に非常に近いのものです。今後も、ハイドロゲル培養基材の橋かけ技術などの高度化により、生体適合性材料の形状加工に留ターゲットまらず、硬さや機能までをも自在に制御することで、革新的なバ（ダイヤモンド）イオデバイスの創製にも取り組んでいます。

イオン源

情報処理の高速化・省エネ化の切り札となるスピンフォトニクス材料開発

窒素イオン

処理速度を持ち、かつ、エネルギー消費が少ないデバイスを実現できます。

るため、チップを複数貼り合わせて積層することで性能を向上させる技術の開発が切望されています。ところが、シリコーンは化学的に安定で、従来の方法ではチップ同士を接着させることが困難です。また、接着時に重ね合わせる位置がずれると、流路がつながダイヤモンドらずチップとして機能しなくなってしまいます。そこで、QSTでは四つ葉のクローバ（約500μm四方）のような模様がグラフェンで成膜した試

この課題解決に取り組み、チップ同士の位置を正確に合わせて積験素子であり、その電気的特性を4本のプローブにより計測します。

量子コンピューター・量子通信のための多量子ビット形成技術

NV

従来技術
（NVセンターが離れて形成）

通信などにも用いられ、多量子ビット化技術が重要となります。
代表的な量子ビットが、ダイヤモンド中の窒素不純物とその隣にできた空孔で形成されるNVセンターです。QSTは窒素イオンビーム注入による作製技術の研究開発を行ってきました。二つのNVセンターによる2量子ビット形成から10年弱の間、NVセンターのみによる3量子ビット化への進展はありませんでした。このため、新しい多量子ビットの形成技術が求められていました。
これまでのNVセンター作製では窒素原子や窒素分子をイオン注入していましたが、窒素だけにこだわらず、窒素を含む有機化合物イオンに着目し、これをダイヤモンドに打ち込むことで3量子NVプや関連パーツをすべて同時に貼り合わせる一括積層技術を新たNV

3量子ビット形成技術（NVセンター3個が近接して形成）を実現する技術です。その技術を応用して進めているのが量子ビットの研究開発です。量子ビットは量子コンピューターや量子み上げた後に量子ビーム照射の1工程で複数のマイクロ流路チッNV

NV

スピンフォトニクスのもう一つの柱が、光とスピンの情報交換

グラフェン中を伝搬するスピン流のイメージ

また、マイクロ流路チップは、髪の毛よりも細い幅の流路や容器で、血液検査や細胞の分離などに使われ始めています。しかし、窒素を含む有機化合物イオンす。従来のエレクトロニクスでは電子の「ある」「なし」を情報処理き」もデジタル情報として扱えるようにすることで、飛躍的に高い

う、研究に励んでいきます。

チップ1枚に搭載できる分析機能や投入できる液量が限られていクスであり、その中核が、スピントロニクスデバイス材料の開発でに用いますが、スピントロニクスは電子のスピンの「上向き」「下向優位性の実証を進め、再生医療や創薬など幅広い分野で役立つよを手のひらサイズのシリコーン基板の中に組み込んだデバイス

有機化合物イオンをダイヤモンドに打ち込む模式図

量子ビームナノ加工技術の代表的な研究開発がスピンフォトニ

24

胞はプラスチックなど硬い材料の上で育てますが、細胞本来の姿に開発し、多層マイクロ流路チップの実現にめどをつけることができました。引き続き、実用化に向け、生産レベルに適用できるよ
う、技術を確実なものに発展させていきます。

多量子ビット形成の模式図

創薬や医療診断の高度化に向けたバイオデバイス創製
量子ビームによる材料の微細加工や橋かけ技術の高度化により、先端医療やバイオ研究に欠かせないバイオデバイスを創出するため、体内環境を模した細胞培養基材の開発や、従来は一枚型だったマイクロ流路チップを多層化する技術の開発研究に取り組んでいます。
QSTは量子ビームを駆使して、体内環境を模したり、医療材料と複数枚同時に積層化されたシリコーン製流路チップ

QST 5th Anniversary

25