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 献をめざしています。

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「 IS NT T」などの国際会議や各 研究分野で活 躍している研究者を招待し講演いただく「 B RLセミナ」を、当厚木R & Dセンタで開催し、世界中からの来 訪者とN TT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おります。

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
外部の著名な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ことを目的に、アドバイザリボー
ドを設 置しています。2023 年は、2月2日と3日の2日間、「 第12 回アドバイ
ザリボードミーティング」をオンサイトで開催しました。ボードメンバから直接いただいた提 案や助 言が、日々の研 究
活動に活かされています。

N T T- B R L S e m i n a r
国 内 外より講 師の方をお招きし、研 究 所 内の会 議 室にて小規 模セミナを開 催しています。本 年も23 名の先 生 方にお越し頂きました。最 新の研 究 内 容や実 験データを共 有 頂き、議論を交わす機会を得ることが出来ました。

表紙モチーフについて

O n - c h i p 生 体モデル
生体外で細胞を培養し、臓器のような高度な生体機能を人工的に再現する技術は、細胞生物学、再生医療、創薬、食品開発などの幅広い分野で注目されています。特に、センサ基板上(オンチップ )に生体機能を再現するモデルを作製できれば、細胞レベルでの多角的な情報取得が可能となり、その情報を使って自身をデジタル空間上に写像する「バイオデジタルツイン」構築につながることが期待されます。N T T 物性科学基礎研究所では、生体に優しい薄膜材料（グラフェン、ハイドロゲル）をオンチップで形状制御する
独自技術を創出し、オンチップ生体モデルのプロトタイプを実現しています。神経細胞と組み合わせて脳神経ネットワークの構造や機能を模
擬・解析可能にしたオンチップ脳モデル【左上】や、流路構造を動的に形状制御することで腸管を模した蠕動・分節運動を可能にしたオン
チップ腸モデル【右下】はその例です。これからも独自技術を活用した
様々なオンチップ生体モデルの実現をめざしていきます。

高橋

陸【左】

水と高分子網目から構成されるハイドロゲルを使った基盤技術研究に従事
酒井洸児【右】
電極加工技術を基盤とした神経系の培養モデル研究に従事

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 ）…９4 名（ 6 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 … 1 7 名 ● 海 外 研 修 生 … 1 1 名＊
● 一 般 実 習 生 … 7 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 2023 年12月31日時点● 招 聘 教 授 … 1 名＊

フロンティア 機 能 物 性 研 究 部＊… 2023年1月～12月累計

042023 年12月31日時点

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
プロジェクトマネージャ

納富雅也

P11

Prof. Sir Anthony J. Leggett

Prof. Klaus von Klitzing

Prof. Christian Glattli

理 論 量 子 情 報 研 究センタ
プロジェクトマネージャ

Prof. Allan MacDonald

谷 誠一郎

P11

Prof. Dave H.A. Blank

バイオメディカル 情 報 科 学 研 究センタ
プロジェクトマネージャ

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 革する種の創出をめざして、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 3 年 の 主な研 究 成 果JPAchievements in 2023

m+での予想値

m-での予想値 1 nm
大きな事前平均 m＋ → 未探索領域の予想値大小さな事前平均 m - → 未探索領域の予想値小（左）事前平均の値による予測の変化（右）組成ズレのないS r T i O₃ 薄膜の電子顕微鏡像( 左) 銅基板上のグラフェンの光学反射顕微鏡像( 右) 反射型の光学観察系を備えた熱C V D 装置の模式図

適応的事前平均を用いたベイズ最適化による高品質SrTiO₃薄膜の成長

紫外光を用いたグラフェンCVD成長の
リアルタイム観察

温度や原料供給比などの成膜パラメータを効率よく最適化するたグラフェンに代 表される2 次 元 物 質は、次 世 代ナノデバイス材

め、統計的機械学習手法のベイズ最適化（B O）
をベースにした新料として期 待されています。本 研 究では、紫 外 光を用いた反手法を酸化物薄膜作製に実装し、次世代の高k（ 比誘電率）キャ

射 型の光 学 観 察 系を構 築することにより、これまで困 難だった

パシタや光触媒の候補材料である絶縁酸化物S r T i O₃の高品質

C V D 合成中のグラフェンの成長過程を観察することに成功し化を行いました。従来のB Oでは、合成物質の評価値の最適値周ました。本観察技術は2 次元物質の合成における制御性や再辺ではなく局所的に良い評価値を示す領域（局所最適領域）での現 性の向 上に有 用であり、2 次 元 物 質のデバイス応 用に貢 献探索に注力しすぎる問題がありました。本手法では、適応的に事します。

前分布の平均パラメータを変化させ、局所最適領域からの脱出に向けた探索を促すことで、この問題を解決し、高抵抗で組成のズレのない理想的なS r T i O₃ 絶縁薄膜の作製に成功しました。

Y. K. Wakabayashi, T. Otsuka, et. al., APL Mach. Learn. 1, 026104 (2023).
Y. K. Wakabayashi, T. Otsuka, et. al., APL Mater. 7, 101114 (2019).

Y. Ogawa, T. Tawara, and Y. Taniyasu, ACS Appl. Nano Mater. 6, 21405 (2023).

2QFKLS脳モデル%UDLQ RQ D FKLS

電極
神経細胞

2QFKLS血管モデル%ORRGYHVVHO RQ D FKLS

電極アレイ化した薄膜の筒内部に神経細胞を培養してネットワークを人工的に構築し時空間的に神経信号を記録

グラフェン
パリレン&
グラフェン

薄膜の筒形状に沿って血管内皮細胞と平滑筋細胞を共培養し細い動脈の構造をモデル化

自己組立て薄膜
血管内皮細胞
平滑筋細胞
細胞核

Electrode no.

平滑筋細胞

Recording time (s)立体電極アレイ上に育てた細胞塊モジュール型神経ネットワーク

薄膜自己組立て技術
立体培養組織の形成技術

同期的 非同期的な神経発火の混在内皮細胞

ポーラス
自己組立て薄膜
平滑筋組織
ポーラスな
細胞外組織

内皮組織

( 左上) 電極に包まれた神経細胞の立体細胞塊の染色像と計測された代表的な信号( 左下) 細胞塊モジュール型神経ネットワークと立体化電極アレイの概略図( 右下) 細胞塊モジュール型神経ネットワークから計測された神経発火パターン( 左) 細胞内包化による動脈組織モデル形成の概略図( 右上) 共培養した内皮細胞と平滑筋細胞の染色像( 右下) 膜厚の調節による筒状組織の曲率制御

立 体 化 電 極アレイを用いた
細 胞 塊モジュール型 神 経ネットワークの信 号 計 測

自己 組 立て薄 膜を用いた立 体 培 養 技 術を新たに血 管 系にも薄膜自己組立てを用いた細動脈培養モデルの構築

我々はこれまで、グラフェンとポリマーから成る薄 膜 電 極の自発拡張し、薄膜の円筒形に沿った血管様の培養組織を形成する的な屈 曲を誘 導し、培 養 細 胞を包む技 術を開 発してきました。

ことに成 功しました。病 理の理 解に重 要な細 動 脈に着目し、そ今 回、アレイ状に並べた電 極の中で細 胞を育てることで細 胞のサイズと層構造の再現を目的として、自己組立ての制御性をの塊を複 数 同 時に形 成させ、細 胞 塊 同 士の繋がった神 経ネッ

活用して10ミクロンスケールの円筒組織を形成すると同時に、トワークから神 経 信 号を計 測することに成 功しました。神 経ネッ

内 皮 細 胞（ 栄 養 吸 収 ）と平 滑 筋 細 胞（ 血 管 収 縮の動力）の共トワークが脳の特 徴である立 体 構 造・モジュール性を持つこと培養を実現しました。また、薄膜に細孔を設けることで内皮/ 平により同 期/ 非 同 期の混ざった多 様な神 経 発 火パターンを生

滑 筋 間に存 在する細 胞 外 組 織を模 擬し、異 種 細 胞 同 士が相じることを実証しました。

互作用する細動脈内の微小環境を再現しました。

K. Sakai, T. F. Teshima, T. Goto, H. Nakashima and M. Yamaguchi, Adv. Funct. Mater. 33, 2301836 (2023).

K. Sakai, S. Miura, T. F. Teshima, T. Goto, S. Takeuchi and M. Yamaguchi, Nanoscale Horiz. 8, 1529 (2023).

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

合成したSrTiO3の評価値

事前平均mの値による予測の変化

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

光格子時計用原子冷却
レーザー装 置：ストロンチウ
ム原 子を冷 却・捕 捉（ 磁 気光 学トラップ ）するときに用いるレーザー装 置です。

08

2 0 2 3 年 の 主な研 究 成 果Achievements in 2023

電流増大

絶縁層

f

Vg

IP

A

単電子
衝突
左ポンプ
シリコン

右ポンプ
電子ポテンシャルf: 単電子 e

単電子衝突時のポンプ電流。左ポンプの電流（電荷素量e×クロック周波数f）を超えた電流増大を観測。挿入図：素子の概略図と電気測定系の一部

インピーダンス整合の取れたG H z 音響素子の概略図（左）素子断面の電子顕微鏡写真（右上）と共振特性（右下）

結 合シリコン単 電 子ポンプを用いた
単 電 子クーロン衝突

インピーダンス整合の取れたGHz音響素子の実現
窒 化アルミニウム（A l N）は音 速が 早く圧 電 性を持つため、高単電子を正確に運ぶシリコン単電子ポンプにおいて、単電子間

周 波フィルタなどの音 響 素 子として利 用されています。バルクに働くクーロン相 互 作 用の探 究は転 送 精 度 向 上や単 電 子 量

結 晶 の 振 動を用いた通 常 のA l N 音 響 素 子は、金 属 上 下 電子操作に向けて重要ですが観測例がありませんでした。今回、極で挟んだA l N 薄 膜を結 晶 基 板 上に形 成した構 造をとります

2つのシリコン単電子ポンプを直列接続し、左ポンプから放出しが、金 属 層の挿 入による音 響インピーダンスの不 整 合が 不 可

た単 電 子と右ポンプに捕 獲した単 電 子の衝 突 実 験を行いまし

避な問 題として存 在しました。本 研 究では、下 部 電 極として利た。その結果、衝突時のクーロン相互作用による右ポンプ内の用できる導 電 性S i C 結 晶 基 板 上にA l N 薄 膜を直 接 成 膜する

単電子放出に起因した電流増大を観測しました。これは、シリコ

ことにより、金 属 層の挿 入が不 要でインピーダンス整 合の取れ

ン単 電 子ポンプにおけるクーロン相 互 作 用の初めての観 測でた、高品質なG H z 音響素子を実現しました。

あり、電気標準や量子素子応用へ向けた重要な知見です。

G. Yamahata, N. Johnson, and A. Fujiwara, Physical Review Applied 20, 044043 (2023).

(b)

Bi

Enhancedmagnetic field Fast precession

Time (ns)20983

Spin injection &diffusion

Si Air hole(a)Suppressedmagnetic field Slow precession

Kerr rotation(arb. units)
1

0.5

-1
0

x (µm)

0.8
0.6

1 μm

0.4

Qexp = 1.1×106

0.2

0.0
190.4305

0

0.0
-30

R1
s1
s2

(b) 1.0
Normalized power(a)M. Kurosu, D. Hatanaka, R. Ohta, H. Yamaguchi, Y. Taniyasu, and H. Okamoto, Appl. Phys. Lett. 122,
122201 (2023).

190.4315
190.4325
Frequency (THz)30( a ) G a A sにB i 原子を導入した積層構造の概略図( b ) 磁気光学K e r r 効果の時空間マッピング。強いスピン軌道相互作用の影響を受けて、スピンの歳差運動（赤色と青色の振動として現れる）の周波数が位置によって変化する(a)共振器とその設計の模式図。点欠陥に最も近い6つの穴の径R₁と、2つの穴層の位置シフ
トs₁ , s₂を変えて共振器Q 値を最適化する( b ) 作製した共振器素子（画像）とその光透過スペクトル（プロット）の一例。透過ピーク周波数とピーク線幅の比から、測定Q 値110 万が得られる

ガリウムヒ素へのビスマス原子の導入によるスピン操作効率の向上

超高Q 単一点欠陥フォトニック結晶共振器
単一点欠陥フォトニック結晶共振器は、デバイスサイズが小さく化 合 物 半 導 体のガリウムヒ素（G a A s）にごく少 量のビスマスアレイ化に基づく応用にも有利ですが、強い光閉じ込めを得る（B i）原 子を導 入すると、電 子スピンに働くスピン軌 道 相 互 作のが難しいとされていました。我々は、欠陥周囲の穴径制御と2用（ 電 界 の 中を移 動するスピンに実 効 的な磁 場が 働く効 果 ）層の穴の位置シフトを組み合わせることで、光閉じ込めの指標が強められることを明らかにしました。この現 象は、G a A s 層とであるQ 値の設計値を、従来よりも2 桁大きい4 億まで改善しま

G a A s B i 層の界面において、ビスマス特有の重い原子核が強した。このQ 値を実 験 的に得るには原 理 的な壁がありますが、い局 所 電 場を発 生させることによるものです。スピン軌 道 相 互

試 作 素 子の測 定Q 値は、この種 類の共 振 器としては初めて超作用によって生じる実効的な強い磁場は、より小さな領域でよ

高Qと言われる100 万以上の水準に到達しました。本成果は、

り速くスピンを操作することを可能にするため、将来のスピントロ

フォトニック結晶共振器のデバイス応用の可能性を広げるもの

ニクス技術への応用が期待できます。

です。

Y. Kunihashi, Y. Shinohara, S. Hasegawa, H. Nishinaka, M. Yoshimoto, K. Oguri, H. Gotoh, M. Kohda, J.
Nitta, and H. Sanada, Appl. Phys. Lett. 122, 182402 (2023).

K. Takata, E. Kuramochi, A. Shinya, and M. Notomi, Opt. Express 31, 11864 (2023).

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

ゲート電極

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 現をめざし「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 3 年 の 主な研 究 成 果Achievements in 2023

(a)

|𝐷𝐷𝐷𝐷|

𝑆𝑆𝑆𝑆𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠 /log 𝑁𝑁𝑁𝑁𝜃𝜃𝜃𝜃/𝜋𝜋𝜋𝜋

Coupling Strength

Oscillator Index Oscillator Index(c)

Coupling Angle / πTime [ms]( a ) 測定フィードバックで結合させた光ニューロモルフィック振動子系の模式図( b ) キメラ状態にある各振動子の位相θ
（上）と局所曲率｜D ｜（下）の時間変化の実験結果( c ) 複雑ネットワーク上の振動子系における部分同期の理論相図

量子シミュレータにはシミュレートできる時間スケールに制約がありますが、遅いダイナミクスを早送り、あるいは速いダイナミクスのスロー再生ができればシミュレートすることができます

光振動子系におけるキメラ状態生成と検出

非断熱遷移の時間スケール変換

同 期と非 同 期 領 域が 共 存した振 動 子 系の状 態はキメラ状 態

量子シミュレーションは大きな量子系のシミュレーションを可能にと呼ばれ、脳 神 経 細 胞 網で生じる複 雑な振 動 現 象と関 連があする有望な量子技術です。しかし、量子シミュレータ実機にはシるとして注目を集めています。今 回、脳 神 経 細 胞の一 部 機 能ミュレート可能な時間スケールに制約があります。実際に, コヒーを模 擬する光 振 動 子 系を作 成し、自発 的 機 能 変 化を伴うキメ

レンス時間の影響により遅いダイナミクスは再現できず、また操ラ状 態を生 成しました。また、非 同 期と渦の類 似 性を用いて、作速度の限界から速いダイナミクスも実現できません。我々は、

複 雑な振 動データからキメラ状 態を検 出する新 手 法を提 案し与えられたダイナミクスを早送り、あるいはスロー再生する方法をました。今 後は、本 成 果を土 台として、光 振 動 子 系を用いた脳提案しました。この方法は量子シミュレータの有用性の向上に機能・脳疾患の解明や脳型情報処理の発展に向けた新展開

役立ちます。

が期待されます。

T. Makinwa, K. Inaba, T. Inagaki, Y. Yamada, T. Leleu, T. Honjo, T. Ikuta, K. Enbutsu, T. Umeki, R. Kasahara, K. Aihara,and H. Takesue, Commun. Phys. 6, 121 (2023).
Y. Yamada and K. Inaba, Phys. Rev. E 108, 024307 (2023), Featured in Physics.

(a)

10 μm

レン

パリ

T. Hatomura, SciPost Phys. 15, 036 (2023).

(b)
神経

細胞

読み出し回路

マイ
10

ク
ライ ロ波
ン

μm

ト

ビッ

⼦
SQ 量
コン
UID
基

シリ

板

( a ) 超伝導磁束量子ビットによる生体スピン計測系の概略図( b ) 神経細胞中の鉄イオンに起因する磁場の温度依存と参照試料との比較
図は原著論文のもの［クリエイティブ・コモンズ・ライセンス（表示4 .0 国際）］を改変して作成した

超伝導磁束量子ビットによる生体電子スピン検出

分数- 整数量子ホール接合系

超伝導磁束量子ビットを高感度磁場センサとして用い、神経細分数量子ホールエッジ状態における電荷中性流の実証

胞中の鉄イオンを単一細胞程度の空間分解能で検出すること

トポロジカル系におけるエッジ輸 送は摂 動に強いことから量 子に成功しました。磁場センサの信号の大きさは、試料に含まれる情報処理や新規デバイスへの応用が期待されており、その中で電子スピンの数、すなわちイオンの数に対応するので、含まれるも分 数 量 子 状 態は分 数 電 荷 準 粒 子の存 在などにより特に注元素の定量が可能です。また、電子スピン共鳴法を組み合わせ

目されている現象です。本研究では、対向するν = 1 /3 分数ることにより、元素の種類やイオンの価数などを同定することもエッジチャネルとν = 1 整数エッジチャネルが強く結合した系にできます。この手法を発展させることにより、組織中の元素分布

現れる電荷中性流の存在を実証しました。この成果は、様々なを細胞単位で可視化することが可能になります。

トポロジカル系における量 子 輸 送 現 象を理 解するうえで基 礎となる知見を与えるものです。

H. Toida, K. Sakai, T.F. Teshima, M. Hori, K. Kakuyanagi, I. Mahboob, Y. Ono, and S. Saito, Commun.
Phys. 6, 19 (2023).

M. Hashisaka, T. Ito, T. Akiho, S. Sasaki, N. Kumada, N. Shibata, and K. Muraki, Phys. Rev. X 13, 031024 (2023).

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

(b)

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めざ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 Information

Research Center for Theoretical Quantum Information ：理 論 量 子 情 報 研 究センタ

理論量子情報研究センタ●

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

量 子 情 報 分 野 の 多 様 なレイヤの 理 論 研 究 者を結 集して 学 際 的協 業を促 すことで、量 子 情 報 技 術 に 関 する理 論 研 究 のさらなる強 化をめざし、2 0 2 3 年 1 0 月に 前 身 の 理 論 量 子 物 理 研 究センタから改 組されて当センタが 生まれました。当センタは、情 報 化 社 会の 未 来 像を精 彩 に 描くことにより、ハードウェアからミドルウェア・
アプリケーションにいたる量 子 情 報 技 術 の 羅 針 盤となることをめざしています 。

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●

量子情報を活用した暗号技術、耐量子計算機暗号●

量子計算アルゴリズム、量子通信プロトコル●

量子コンピュータアーキテクチャ、誤り耐性量子計算、量子中継技術●

量子情報処理の実現に資する理論物理

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

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2 0 2 3 年 の 主な研 究 成 果Achievements in 2023

ナノ構造を集積した半導体ナノワイヤレーザの作製
ナノワイヤ（N W）レーザは光回路に集積できる有望な材料です。しかし、注入キャリアの過熱によりN Wレーザの室温連続発振は実現されていません。そこで、N Wに共 振 器 構 造を導 入し光の閉じ込めの効果を高め、発振閾値を低くする工夫が必要になります。本研究
では、集束イオンビーム（F I B）
を用い、N Wに共振器構造を直接実装する技術を確立しました。F I B のG aイオンが引き起こす活性層へのダメージは大きな問題でしたが、ハードマスクとしてアルミナ製膜後にF I B 加工を行うことで、ダメージの抑制に成功しました。

M. Takiguchi, G. Zhang, S. Sasaki, K. Tateno, C. John, M. Ono, H. Sumikura, A. Shinya, and M. Notomi,
Nanotechnology 34, 135301 (2023).

( a )ナノ構造実装ナノワイヤレーザ( b ) 本構造の断面図( c )レーザ発振のスペクトル

制御項を用いる断熱ショートカットのデジタル化誤差

1

制御項を用いる断熱ショートカットは断熱条件を要求せずに断熱状態を得る方法です。これは量子断熱アルゴリズムの弱点を解決する方法として注目を集めてきました。近年、この方法をデジタル化してInfidelity

実現したという報告がなされています。我々は、このデジタル化の際に生じる誤差が、既存の予測よりも良いスケーリングを見せることを発見しました。この発見は制御項を用いる断熱ショートカットのデジ

0.1

タル化の有用性を高めるものです。

0.01
100
Trotter number

T. Hatomura, New J. Phys. 25, 103025 (2023).

デジタル化のステップ数に対する誤 差の量。小さいステップ数のときに既 存の予 測するスケーリング（破線）よりも良いスケーリング
（実線）
が現れる

光駆動型オンチップハイドロゲル運動素子による生体模倣アクチュエーション
光応答性ハイドロゲルを用いた運動素子は、生体のようにソフトで滑らかな動きの遠隔操作を可能にしますが、応答速度・変位量の両立が課題でした。今回、素子の薄膜・多孔質化による高速応答と、オ(A)
光応答性ハイドロゲル(B)ON

座屈状態（3D）

OFF

流路全体撮像光刺激

光刺激

平面状態（2D）

ンチップ座屈機構による変位増幅により、生体器官に匹敵する性能

分
節
運
動

流路内蛍光像

流路全体撮像運動素子

臓器チップの創製に資するものと期待されます。
光刺激制御により，生体器官の運動を再現

R. Takahashi, A. Tanaka, and M. Yamaguchi, Adv. Funct. Mater. 33, 2300184 (2023).

内容物

2s

分節運動

4s

(1サイクル後)

分節点

1 mm

を持つ運動素子の作製に成功しました。生体に類似した管腔構造を持つ本素子は、腸管のような複雑動作（分節・蠕動）が可能であり、

0s

蠕
動
運
動

0s

(光走査開始)3s

蠕動運動流路内蛍光像1 mm（A）光駆動型オンチップハイドロゲル運動素子のアクチュエーション挙動模式図（B）光刺激制御による、分節運動（上）と蠕動運動（下）の再現デモンストレーション

9s

輸送

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N T T フェロー

2023 年12月31 時点

NTT Fellow

Shingo Tsukada

Hiroshi Yamaguchi

Masaya Notomi

医 学・情 報 科 学 研 究 統 括

量 子・ナノデ バイス研 究 統 括

ナノフォトニクスセンタ プロジェクトマネージャ

研究テーマ

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

フォトニックナノ構造による光波制御

Akira Fujiwara

Hiroki Takesue

塚田信吾

山口浩司

納富雅也

生体情報の取得・機構解析

上 席特別 研究員
Senior Distinguished Researcher

Koji Muraki

村木康二

藤原

聡

武居弘樹
量子科学イノベーション研究部長

研究テーマ

研究テーマ

低次元半導体構造の量子電子物性

半導体ナノ構造を用いた研究テーマ

光通信波長帯における量子通信実験

極限エレクトロニクス

コヒーレントイジングマシン

Hideki Yamamoto

Shiro Saito

Yoshitaka Taniyasu

多元マテリアル創造科学研究部長

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

薄膜合成法による新奇超伝導及び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磁性物質の創製と物性解明

量子情報技術の研究

機能性材料の研究

齊藤志郎

山本秀樹

谷保芳孝

特別 研究員

准特別 研究員

Distinguished Researcher

Norio Kumada

Katsuhiko Nishiguchi

西 口 克 彦Imran Mahboob

Koji Azuma

Takahiro Inagaki

Gento Yamahata

熊 田 倫 雄東浩 司

稲 垣 卓 弘山 端 元 音Haruki Sanada

Associate Distinguished
Researcher

Hajime Okamoto

Yuki K. Wakabayashi

眞 田 治 樹岡 本

創

若 林 勇 希14

学 術 論 文 掲 載 件 数と主な掲 載 先（

Publication List

）内 数 字 …インパクトファクター2 0 2 2

2 0 2 3 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 9 件です 。
（2023年掲載論文の平均IF = 6.259）
PHYSICAL REVIEW APPLIED (4.6)

55NEW JOURNAL OF PHYSICS (3.3)
4

APPLIED PHYSICS LETTERS (4)4PHYSICAL REVIEW B (3.7)
COMMUNICATIONS PHYSICS (5.5)

3

OPTICS EXPRESS (3.8)

3
3

PHYSICAL REVIEW A (2.9)
ADVANCED FUNCTIONAL MATERIALS (19)2

SCIENTIFIC REPORTS (4.6)

2

PHYSICAL REVIEW RESEARCH (4.2)

2

OPTICS LETTERS (3.6)

2

PHYSICAL REVIEW MATERIALS (3.4)

2

APPLIED PHYSICS EXPRESS (2.3)

22JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS (1.5)
SCIENCE (56.9)

1

REVIEWS OF MODERN PHYSICS (44)1

SCIENCE BULLETIN (18.9)

1

ACS NANO (17.1)

1

PHYSICAL REVIEW X (12.5)

1

NANO LETTERS (10.8)

1NANOSCALE HORIZONS (9.7)

1
1

社外表彰受賞者一覧

2

3

4

国際会議発表件数

特許出願件数Presentations

Patents

1 3 8 件（うち招 待 講 演 3 9 件 ）Awards5

50件

テレコム先端技術研究支援センター（SCAT）会長賞
光ファイバ上での量子暗号に関する研究開発

本庄 利守

2022 年度エレクトロニクスソサイエティ活動功労表彰
量子情報技術特別研究専門委員会幹事としての貢献

応用物理学会

第14 回超伝導分科会

東 浩司

超伝導分科会研究奨励賞“D e s i g n i n g S u p e r l a t t i c e s o f C u p r a t e s a n d F e r r i t e s f o r S u p e r c o n d u c t i v i t y”A C S A p p l i e d E l e c t r o n i c M a t e r i a l s , 4 (2022 ) 2672

池田 愛

第53 回応用物理学会講演奨励賞
80 W 級Y b : K G Wレーザーを用いた1 .7サイクル高強度光パルスの1 M H z 繰返し発生

岡本 拓也

一般社団法人 HPCIコンソーシアム 2023 年度HPCIソフトウェア賞 【開発部門賞】奨励賞
SALMON (Scalable Ab-initio Light-Matter simulator for Optics and Nanoscience)
山田 俊介、廣川 祐太、飯田 健二、岩田 潤一、野田 真史、乙部 智仁、佐藤 駿丞、篠原 康、竹内 嵩、谷 水城、植本 光治、矢花 一浩、山田 篤志

応用物理学会フェロー
フォトニック結晶の新奇物性開拓と集積ナノフォトニクスへの応用

納富 雅也

第54 回応用物理学会講演奨励賞
光応答性ゲルのオンチップ座屈変形による生体模倣アクチュエーション

日本物理学会高橋 陸

領域５ 若手奨励賞

テラヘルツ分光技術の開拓による超高速局所・非局所応答の研究

吉岡 克将

日本機械学会スポーツ工学・ヒューマンダイナミクス部門優秀講演オーディエンス表彰
アーチェリー選手のエイミングにおける体動を用いた得点予測小笠原 隆行

35 th International Microprocesses and Nanotechnology Conference (MNC 2022 )Most Impressive Presentation Award

Room-te mp e ra tu re Si n g le-electron Sens or for AC Signals beyond an R C T i m e C onst ant〜 En e rg y Tra n sfe r vi a a non-leak age DRAM in non-equilibr i um 〜 西口 克彦、藤原 聡、知田 健作

35 th International Microprocesses and Nanotechnology Conference (MNC 2022 )High-overtone Bulk Acoustic Resonator with Epitaxial AlN Layer Grown on n-SiC
黒子 めぐみ、畑中 大樹、太田 竜一、高瀬 恵子、山口 浩司、谷保 芳孝、岡本 創

IOP Trusted Reviewer Status

鳩村 拓矢

Most Impressive Poster