| 研究課題/領域番号 |
21H01742
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分28010:ナノ構造化学関連
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| 研究機関 | 九州大学 |
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研究代表者 |
多田 朋史 九州大学, エネルギー研究教育機構, 教授 (40376512)
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| 研究分担者 |
谷口 正輝 大阪大学, 産業科学研究所, 教授 (40362628)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
17,420千円 (直接経費: 13,400千円、間接経費: 4,020千円)
2023年度: 4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)
2022年度: 4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円)
2021年度: 7,930千円 (直接経費: 6,100千円、間接経費: 1,830千円)
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| キーワード | 量子コンピュータ / トンネル伝導 / 単分子 / 分子軌道 / 逆問題 / 単分子伝導 / 分子シーケンサ / 量子輸送 / 分子識別 / 量子アルゴリズム / 分子デバイス |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究の概要は、単分子デバイスである分子シーケンサにより単一分子識別を可能にするナノ計測技術において、その識別時間を高速化するべく、単一分子に流れる多様なトンネル電流を量子コンピュータで高速分離することで分子識別時間を飛躍的に加速することが可能となる新手法を確立するものである。単一分子の伝導性フロンティア軌道理論である量子輸送理論と、分子シーケンサによる単分子計測技術を融合した分子科学に立脚した量子情報科学的基盤研究である。
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| 研究成果の概要 |
本研究は、多田（代表者）と谷口（分担者）による基盤研究であり、多田が量子回路設計、量子コンピューティング、成果取りまとめを担当し、谷口が分子伝導計測を担当した。DNAの基本塩基分子である、アデニン、グアニン、チミン、シトシン、それぞれの電極とのナノコンタクト構造におけるトンネル伝導パターンを、伝導のための分子軌道ルールに基づいて量子回路を設計し、量子回路上でトンネル伝導という量子現象を再現することに成功した。量子回路に流れる情報はユニタリー変換に対応することに着目し、上述の量子回路を逆向きに構築することで、伝導パターンから分子を特定するという逆問題を量子計算で実行可能となる手法を構築した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
新型ウイルスの脅威と闘い続ける宿命をせおった我々によって、単分子レベルで分子識別する技術の構築は大きな希望となる。本研究は、単分子上を流れるトンネル伝導パターンからその分子を特定するという逆問題を量子計算で実行可能となる手法を構築したものである。量子コンピュータ開発はまだ完成の域には達っしていないが、量子コンピュータを利用することの有効性を示すアプリケーションの一つとしても本研究成果には大きい意義がある。
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