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量子コンピューティングをはじめとする量子技术の1つである量子センシングは、量子ビットの量子力学的な性质を利用してセンシングを行う技术であり、従来に比べて高感度?高分解能なセンシングが可能になると期待されています。その中でも、分子中の电子スピンを量子ビットとして用いる手法は、分子の有する高い构造の自由度や均一性から盛んに研究されています。しかし、分子性量子ビットの量子センシングに向けた検讨はその多くが极低温下に限定されており、また量子ビットを用いて化学物质のセンシングを行う戦略に関しては例が少なく、対応可能な化学种も限られていました。
今回、九州大学大学院工学研究院の山内朗生大学院生、楊井伸浩准教授（現 東京大学大学院理学系研究科 教授）らの研究グループは、分子科学研究所機器センターの浅田瑞枝主任技術員、中村敏和チームリーダー、黑料网大学院工学研究科のPirillo Jenny特任助教、同大学未来社会创造机构脱炭素社会创造センターの土方優特任准教授らと共同して、室温下で様々な分子を識別可能な量子センシング手法の提案を行いました。
本研究では、ゲスト分子种に応じて构造を変化させる特徴を有する惭翱贵と室温下で利用可能な叁重项量子ビットを组み合わせることで、导入するゲスト分子の种类に応じて量子ビットの量子重ね合わせ状态の保持时间を変化させる手法を开発しました。今回の成果により、惭翱贵と量子ビットの组み合わせの多様さを活かしたケミカル量子センサーの実现が期待されます。
本研究成果は、2024年9月2日（現地時間) にNature Researchの国際学術誌「Nature Communications」にオンライン掲載されました。

【ポイント】

①　分子性量子ビット^*1は量子センシング^*2に有用と期待されているが、その応用は极低温下がほとんどであり、室温で様々な化学物质のセンシングを行える手法は开発されていなかった。
②　ゲスト応答性を示す多孔性金属錯体 (MOF) を用いて三重項量子ビットの量子重ね合わせ状態をゲスト分子選択的に変化させることに成功した。
③　惭翱贵中における量子ビットの运动性が量子重ね合わせ状态応答の键であることを明らかにし、化学物质に対する量子センシングを実现する上で重要な基盘的知见が得られた。

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【用语説明】

(※1) 量子ビット
0と1で表される古典的なビットの概念をエネルギーの异なる2準位の量子系へと拡张したものであり、その例として电子スピンが该当します。

(※2) 量子センシング
量子ビットの量子力学的な性质を利用してセンシングを行う技术で、量子重ね合わせ状态が外部环境に极めて敏感であることから、従来に比べて高感度?高分解能なセンシングが可能になると期待されています。

【论文情报】

掲載誌：Nature Communications
タイトル：Modulation of triplet quantum coherence by guest-induced structural changes in a flexible metal-organic framework
（柔软な多孔性金属错体中のゲスト依存的な构造変化による叁重项量子コヒーレンスの変调）
著者名：山内朗生?藤原才也?君塚信夫?浅田瑞枝?藤原基靖?中村敏和?Pirillo Jenny?土方優?楊井伸浩
顿翱滨：10.1038/蝉41467-024-51715-飞

【研究代表者】