光と磁石が強く結合 量子コンピュータを室温で操作できる可能性も：「マグノンポラリトン」を実現

東北大学や京都工芸繊維大学らの研究グループは、磁性メタ原子をカイラルメタ原子に挿入して作成した人工構造物質（メタマテリアル）「磁気カイラルメタ分子」が、室温で極めて強く結合したマグノンポラリトンになることを確認した。

[馬本隆綱，EE Times Japan]

量子コンピュータを室温で操作できる可能性も

　東北大学と京都工芸繊維大学、京都大学、理化学研究所の研究グループは2025年2月、磁性メタ原子をカイラルメタ原子に挿入して作成した人工構造物質（メタマテリアル）「磁気カイラルメタ分子」が、室温で極めて強く結合したマグノンポラリトンになることを確認したと発表した。

　マグノンポラリトンとは、光と磁石が結合した状態である。室温で安定した超強結合のマグノンポラリトンを作ることができれば、量子コンピュータの操作を室温で行える可能性があるという。

磁気カイラルメタ分子におけるマグノンポラリトンの概念図［クリックで拡大］出所：東北大学他

　これまでは、共振器に相当する金属の箱に磁石を入れ、マイクロ波を当てることで強結合を実現してきた。ただ、結合比が0.1以上の超強結合を実現するには、低温の超伝導体を共振器として用いる必要があった。

　こうした中で研究グループは、カイラルメタ原子に磁性メタ原子を挿入した磁気カイラルメタ分子を作製した。この試料に、周波数が10GHz程度のマイクロ波を照射し、その透過を測定した。この結果、カイラルメタ原子に共鳴したマイクロ波と磁性メタ原子のマグノンが結合比0.22となり、室温で超強結合マグノンポラリトンになることが分かった。

　さらに、マイクロ波の照射がメタ分子の上側からか、下側からかによって透過係数が異なる「方向非相反性」を示した。この特性は「方向依存複屈折」と呼ばれ、マイクロ波にとって表裏の決まったマジックミラーの実現につながるとみている。

磁気カイラルメタ分子の写真と実験結果［クリックで拡大］出所：東北大学他

　研究グループは今後、結合比が1以上の深強結合と呼ばれる状態を目指す。また、より強い非相反性を実現することで、マイクロ波の一方向透過を可能にしていく。

　今回の研究成果は、東北大学大学院理学研究科の三田健太郎大学院生と同大学学際科学フロンティア研究所（大学院工学研究科兼務）の千葉貴裕助教、同大学高度教養教育・学生支援機構の児玉俊之特任助教と冨田知志准教授（大学院理学研究科兼務）、京都工芸繊維大学電気電子光学系の上田哲也教授、京都大学大学院工学研究科の中西俊博講師、理化学研究所放射光科学研究センターの澤田桂研究員によるものである。