【本学研究者情報】

〇材料科学高等研究所/電気通信研究所　准教授　大塚朋廣
研究室ウェブサイト

【発表のポイント】

• 酸化亜鉛半導体量子ドット^（注1）デバイスで初めて、量子ドットを用いた電荷検出を実証しました。さらに、高速測定を可能にする高周波反射測定にも成功しました。
• これらの測定手法を用いて、半導体量子ビットの実現に不可欠な少数電子二重量子ドットの形成を確認しました。
• 本成果により、酸化亜鉛量子ドットを高精度かつ高速に評価するための基盤技術が確立され、新材料を用いた量子コンピューター^（注2）の実現に向けた研究の進展が期待されます。

【概要】

半導体量子ドットは、量子コンピューターの基本単位である量子ビットを実現するプラットフォームとして研究されています。その中でも酸化亜鉛は、スピン量子ビットの動作時間を制限する要因となる核スピンが少なく、さらに直接遷移型半導体であるため光との相互作用も利用できることから、次世代の量子ビット材料として期待されています。

東北大学、物質・材料研究機構、東京大学からなる研究グループは、酸化亜鉛量子デバイスにおいて初めて、量子ドットを用いた電荷検出と高周波反射測定を実証しました。さらに、これらの測定手法を用いて、半導体量子ビットの実現に重要な少数電子二重量子ドットの形成を確認しました。

本成果により、酸化亜鉛量子ドットを高精度/高速に評価するための実験基盤が整いました。今後は、今回確立した測定手法と少数電子二重量子ドットを用いて、スピン緩和時間^（注3）をはじめとする酸化亜鉛量子ドットの特性を明らかにするとともに、酸化亜鉛を用いた量子コンピューターの実現に向けた研究の進展が期待されます。

本研究成果は、2026年7月21日（現地時間）に科学誌Physical Review Appliedにオンライン掲載されました。

図1. (a) 今回の実験で用いた酸化亜鉛デバイスのゲート電極構造。(b) 少数電子二重量子ドットの形成を示す電荷状態安定図^（注4）。

【用語解説】

注1. 半導体量子ドット
半導体内部で電子を数十 nm程度の微小な領域に閉じ込めた構造。人工原子とも呼ばれ、量子力学的な現象を観測することができる。

注2. 量子コンピューター
量子力学的な効果を用いることにより、古典コンピューターでは難しかった計算を処理することができる次世代のコンピューター。

注3. スピン緩和時間
電子が持つスピンの向きの情報が失われるまでの時間。

注4. 電荷状態安定図
量子ドットを形成するゲート電圧を変化させることで、どのように状態が変わるのかを示す図。

【論文情報】

タイトル：Charge sensing of few-electron ZnO double quantum dots probed by radio-frequency reflectometry（高周波反射測定による酸化亜鉛少数電子二重量子ドットの電荷検出）
著者：Kosuke Noro, Motoya Shinozaki, Yusuke Kozuka, Koichi Baba, Kazuma Matsumura, Yoshihiro Fujiwara, Takeshi Kumasaka, Atsushi Tsukazaki, Masashi Kawasaki, and Tomohiro Otsuka*
*責任著者：東北大学材料科学高等研究所 准教授 大塚朋廣
掲載誌：Physical Review Applied
DOI：10.1103/mnt5-s859

詳細（プレスリリース本文）

問い合わせ先

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東北大学　材料科学高等研究所（WPI-AIMR）
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（兼）東北大学　先端スピントロニクス研究開発センター
准教授　大塚　朋廣
TEL: 022-217-5509
Email: tomohiro.otsuka*tohoku.ac.jp（*を@に置き換えてください）

（報道に関すること）
東北大学材料科学高等研究所（WPI-AIMR）
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TEL: 022-217-6146
Email: aimr-outreach*grp.tohoku.ac.jp（*を@に置き換えてください）