2024年は量子コンピューターの性能向上が加速する年になる。量子コンピューターの計算を担う「物理量子ビット」の増加や、計算エラーを低減・修正する技術の進化が見られる。米IBMや米Google（グーグル）といった業界の大手企業だけでなく、欧米の量子スタートアップなども技術進化に大きく貢献する見通しだ。

量子コンピューターの開発ではIBMなどの欧米企業が先行している。例えばIBMは2023年12月に、これまでで最多となる1121物理量子ビットを搭載する超電導方式の量子コンピューター向けプロセッサー「Condor」を発表した。材料開発や金融といった業界で実証が進む量子計算に利用が期待されている。

量子コンピュータとは、

量子現象を利用して計算を行うコンピュータのことです。量子コンピュータは、従来のコンピュータよりもはるかに高速に複雑な問題を解くことができると期待されています。量子コンピュータの応用は多岐にわたり、化学・材料科学、ファイナンス・経済、医薬品・バイオテクノロジー、物流・サプライチェーン管理など、さまざまな産業分野で革新的な変化をもたらすことが期待されています

量子コンピュータの中にも、いくつか種類があります。量子コンピュータは、その最小単位である「量子ビット」（キュービット）の作り方によっていくつかの種類に分けられます。世の中で最も先行しているのは「超伝導型」です。これは超低温素子を用いた超伝導回路によって量子ビットを実現する方式で、多くのIT企業などが開発を進めています。一方、最近増えている「イオントラップ型」や「冷却原子型」は、固定した原子の中の電子を用いて量子ビットを作るもので、動作が安定しているため今後の成長が期待できます。そして、日立が研究している「シリコン型」。これは電子1個だけが入る量子ドットと呼ばれる「電子の箱」をシリコン製の半導体チップの上に作って量子ビットを作ります。そのほか、「光量子型」と呼ばれるタイプで、光を用いた量子コンピュータも研究されています⁷。

量子コンピュータの革新的技術としては

- 期待高まる量子コンピューターとは？ どのような未来が実現するのか：社会イノベーション：日立⁷では、量子コンピュータの基本原理や特徴、日立が開発しているシリコン型の利点や課題、量子コンピュータが実現する未来について紹介しています。

- [量子情報処理] 革新的な量子情報処理技術基盤の創出 | さきがけ⁸では、科学技術振興機構が実施するさきがけ研究の一環として、量子アーキテクチャや量子ソフトウェア、量子アルゴリズム、量子情報通信技術、量子アプリケーションなど、ハードウェア開発以外の広範なテーマを対象とした研究プロジェクトを紹介しています。

- [量子情報処理] 令和2年度採択課題 | さきがけ - 国立研究開発 ...⁹では、さきがけ研究の一つとして、量子多体計算理論やスパースモデリングを活用した量子-古典ハイブリッドアルゴリズムや、固体の物性予測を行う量子ソフトウェアの開発について紹介しています。

中性子の技術とは、中性子を用いた物質の構造や動態の解析や制御の技術のことです。中性子は原子核で散乱するため、X線では観測できない水素や重水素などの軽元素や磁気の情報を得ることができます。また、中性子は物質に深く透過するため、厚い物質や閉鎖空間内の物質の内部構造や温度を観測することができます。中性子の技術は、物質科学や生命科学、エネルギー科学、工学など、さまざまな分野の研究や産業に応用されています。

中性子の技術の革新的な事例としては、

- タンパク質の分子骨格が実は持っていた知られざる機能 中性子で明らかに\u3000タンパク質分子の機能の解明や、迅速な創薬に向けた新しいタンパク質分子デザインに期待¹では、日本原子力研究開発機構の生体高分子用単結晶中性子回折装置-3 (BIX-3)を用いて、ヒトリゾチームの中性子結晶構造解析実験を行ない、タンパク質分子の骨格に重大な影響を及ぼす水素を発見しました。この発見は、タンパク質のペプチド結合の性質の変化を示し、創薬にむけたタンパク質分子デザイン法の革新の礎になると期待されています。

- 中性子と水素のスピンでナノプレート状の氷結晶観測に成功\u3000―食品・医薬品・細胞組織の凍結保存技術開発への貢献に期待―²では、日本原子力研究開発機構のスピンコントラスト変調中性子小角散乱法を用いて、毒性の低い凍結保護剤として注目される糖の凍結溶液中で、核生成したばかりのナノスケールの氷結晶を観察しました。解析の結果、高濃厚のグルコースを添加した溶液では、厚さが氷結晶の最小生成サイズとおなじ数ナノメートルしかないプレート状の氷結晶が生成することを見出しました。このような形状は、糖が水分子を水和することで氷結晶の成長を抑制するという従来のモデルでは説明できず、糖分子が氷結晶の特定の面に強く吸着するなど、別の結晶成長抑制メカニズムを兼

中性子の技術は、

中性子を用いた物質の構造や動態の解析や制御の技術のことです。中性子は原子核で散乱するため、X線では観測できない水素や重水素などの軽元素や磁気の情報を得ることができます。また、中性子は物質に深く透過するため、厚い物質や閉鎖空間内の物質の内部構造や温度を観測することができます。中性子の技術は、物質科学や生命科学、エネルギー科学、工学など、さまざまな分野の研究や産業に応用されています。

中性子の技術を利用するには、中性子源が必要です。中性子源とは、中性子を発生させる装置や施設のことです。中性子源には、原子炉や加速器、放射性同位体などがあります。原子炉は、核分裂反応によって大量の中性子を発生させます。加速器は、高速の粒子を原子核に衝突させて中性子を発生させます。放射性同位体は、自然崩壊によって中性子を発生させます。中性子源の種類によって、中性子のエネルギーや強度、波長などが異なります。中性子の技術の目的や対象に応じて、最適な中性子源を選択する必要があります。

中性子の技術には、主に以下のような方法があります。


- 中性子回折法：中性子の波の性質を利用して、物質の結晶構造や分子構造を解析する方法です。中性子は電荷を持たないため、物質の内部に深く入り込み、原子核と散乱します。散乱した中性子の角度や強度を測定することで、原子核の位置や結合の情報を得ることができます。中性子回折法は、X線回折法と比べて、軽元素や同位体の識別、磁気構造の解析、高温・高圧下の測定などに優れています。

- 中性子散乱法：中性子の粒子の性質を利用して、物質の動的な性質や機能を解析する方法です。中性子は原子核と衝突すると、その運動エネルギーや角運動量をやりとりします。衝突前後の中性子のエネルギーや角度を測定することで、原子核の振動や回転、拡散などの動きや、磁気や電気の励起などの機能を得ることができます。中性子散乱法は、原子や分子の動きの時間スケールや空間スケールに応じて、小角散乱、非弾性散乱、反射などの種類に分けられます。

- 中性子活性化分析法：中性子の核反応の性質を利用して、物質の元素組成を分析する方法です。中性子は原子核に吸収されると、その原子核を励起させます。励起された原子核は、安定な状態に戻る過程で、特徴的なガンマ線を放出します。このガンマ線のエネルギーと強度を測定することで、物質に含まれる元素の種類と量を知ることができます。中性子活性化分析法は、非破壊で微量な元素の分析に優れています。

以上のように、中性子の技術は、物質の構造や動態、元素組成などを多角的に解析することができる優れた技術です。中性子の技術は、新しい材料や薬物の開発、環境や生命の研究、文化財の保存など、さまざまな分野に貢献しています。

中性子技術は、物質の構造や動態、元素組成などを多角的に解析することができる優れた技術です。中性子技術は、新しい材料や薬物の開発、環境や生命の研究、文化財の保存など、さまざまな分野に貢献しています。

中性子技術の応用分野の一例として、以下のようなものがあります。

- 建築分野：中性子技術は、建築物の非破壊測定に適しています。鉄筋応力の測定、建築材料中の水分挙動の測定、セメント硬化体の構造解析などが可能です。これらの技術は、建築物の信頼性向上、建築物リユース物件の性能診断、ストックの合理的管理などに役立ちます。³

- 材料科学分野：中性子技術は、材料の結晶構造や磁気構造、残留応力、相変態、分子動力学などを解析することができます。これらの技術は、新しい材料の開発や評価、材料の性能向上や寿命延長、材料の環境適応やレジリエンスなどに貢献します。¹⁴

- 生命科学分野：中性子技術は、生体分子や生体組織の構造やダイナミクスを解析することができます。中性子は水素や重水素を識別できるため、水分子や水素結合の役割を明らかにすることができます。また、中性子は生体分子に損傷を与えにくいため、生体分子の機能や相互作用を観察することができます。これらの技術は、タンパク質の構造機能解析、創薬や医薬品開発、生体膜や細胞組織の構造機能解析などに応用されます。¹²

- 文化財分野：中性子技術は、文化財の非破壊調査に適しています。中性子は金属や石材などの厚い物質や閉鎖空間内の物質を透過することができるため、文化財の内部構造や隠された部分の観察ができます。また、中性子は元素分析や放射化年代測定にも利用できるため、文化財の素材や製作年代の特定ができます。これらの技術は、文化財の保存や修復、歴史や芸術の研究などに役立ちます。¹²

以上のように、中性子技術は、さまざまな分野で有用な技術として活用されています。中性子技術は、物質の微視的な性質を明らかにすることで、社会や人類の課題の解決に貢献しています。

中性子技術の革新的な事例は他にもあります。

- 中性子を使ったがん治療。小型加速器で普及への道が拓かれた¹では、住友重機械工業が開発した小型のBNCT用加速器を用いて、がん細胞にホウ素を取り込ませて中性子線を当てることで、がん細胞を選択的に破壊する治療法の臨床試験が行われています。この治療法は、組織を切除することなく、臓器の形状や機能を保ちながらがんを治療できる画期的な方法です。

- 新たな中性子利用開拓の鍵となる高精度核反応計算手法を開発²では、日本原子力研究開発機構、九州大学、大阪大学が共同で、重陽子による核反応からの中性子発生量を高精度に予測する計算手法を開発しました。また、その予測値を基に中性子源の設計のための核反応データベースJENDL/DEU-2020を整備し、公開しました。このデータベースを利用することで、シミュレーションの信頼性が大きく高まり、基礎科学や医療などの分野における新たな中性子利用の促進が期待されます。

- 「軽量化」を実現するヒントをものづくりの現場に！³⁴では、日本原子力研究開発機構が開発する中性子回折法による測定技術と、理化学研究所の開発するシステムを組み合わせて、ものづくり現場で実現できるサイズの技術開発に世界で初めて成功しました。この技術は、材料の内部に存在する残留応力を非破壊で測定できるもので、自動車や航空機などの軽量化に貢献します。

- 6．中性粒子ビームによる究極のトップダウン加工⁵では、ナノオーダの次世代半導体デバイスや将来のナノ構造を利用した新しいデバイスに必要不可欠なダメージフリー高精度加工技術として中性粒子ビームプロセスを紹介しました。このプロセスは、プラズマプロセスでは電荷蓄積や放射光の照射によるデバイス特性の劣化が大きな問題になっているのに対し、中性粒子ビームはそれらの問題を解決できるという特徴を持ちます。

以上のように、中性子技術は、さまざまな分野で革新的な製品開発に貢献しています。中性子技術は、物質の微視的な性質を明らかにすることで、社会や人類の課題の解決に貢献しています。

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