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米中テクノロジー戦争が激化する中、科学者らが量子コンピューターを冷却する新素材を発見

液体ヘリウムは、極低温技術により、医療機器から深宇宙探査に至るまで、極低温を必要とする研究や用途で冷却剤としてほぼ 1 世紀にわたって使用されてきました。しかし、ヘリウムは希少資源であり、ハイテク産業での使用に対する需要が高まっています。 これは特にヘリウム 3 に当てはまります。ヘリウム 3 は、極限状態での冷却材としてより効果的で、主に老朽化した核弾頭から得られる希少同位体です。量子コンピューティングとは何ですか?また、どのように機能するのでしょうか?ヘリウムベースの冷却システムに代わるものを見つける必要性に駆られて、北京にある中国科学院研究所の研究者が率いる国際チームは、状態を変えることで大きなエネルギー変化を達成できる固体材料を探し始めた。長年の実験の後、彼らは「超固体」、つまり固体構造を持ちながらも流体のように振る舞うコバルトベースの量子磁性材料を発見しました。しかし科学者らは、1ケルビン以下に冷却されることも観察されており、超低温を達成するために使用できる可能性があると述べた。熱力学の第 3 法則によれば、物理学における可能な最低温度は摂氏マイナス 273 度、つまり 0 ケルビン (華氏マイナス 459 度) です。 物理学者は超低温を0ケルビンから4.2ケルビンの間と定義しており、これは量子コンピューティングを含む最先端技術の開発に必要な範囲です。「これはまさに新たなフロンティアだ」と、CASの北京国立物性物理学研究所の教授であり、この研究の共同責任著者でもあるSun Peijie氏は言う。同氏は、科学者たちが固体を利用して超低温を達成できる可能性を認識したのは近年になってからであり、この研究は世界中の少数の科学者によってのみ行われていると述べた。中国の最先端量子コンピューターが世界に普及した後、「米国ユーザーのトップリスト」に研究チームの研究結果は、1月11日に査読付き雑誌『ネイチャー』に掲載された。この研究は、CAS研究室、北京大学物理学部、フランスのラウエ・ランジュバン研究所ユーリッヒ中性子科学センターなどの研究機関の科学者らによって実施された。「この研究は、理論的にはヘリウムに依存せずに極低温を達成できることを示しています」とサン氏は述べた。量子技術の開発を急ぐ中国にとって、ヘリウム、特にヘリウム3の不足は課題となっている。2022年には、中国のヘリウムの94パーセントが輸入され、そのほとんどがカタールから、次いで米国とオーストラリアであった。サン氏によると、中国は「ヘリウム3を全く持っておらず、同位体はほぼ常にロシアと米国に依存している」という。しかし同氏は、研究チームの進歩を拡大解釈すべきではなく、まだヘリウムに取って代わることはできないと述べた。 同氏は、これはまだ初期段階にあり、温度がすでに約4ケルビンに達している環境で使用しなければならないなど、この材料には限界があると述べた。中国のOrigin Wukong量子コンピュータ。 同国は量子技術に資源を注ぎ込んできた。 写真：CCTVコンピューターから衛星に至るまで、ほとんどの量子マシンは、従来のコンピューティングで使用されるデジタル ビットと同様に、量子ビットまたは量子ビットと呼ばれる情報の基本単位を使用します。 しかし、量子ビットは敏感で熱によって簡単に乱されるため、0 ケルビンに近い極度の低温に保管する必要があります。「量子通信や量子コンピューティングを含むすべての量子技術は、ほぼ例外なく超低温環境を必要とします」とサン氏は述べた。サン氏によると、その環境を作り出すには希釈冷凍機が必要だが、この機器は近年中国が海外から入手するのがますます困難になっているという。 それが「中国の量子技術の発展を著しく阻害している」と同氏は述べた。中国主導の実験で米国の「室温」超電導体に疑問が浮上中国政府は、この主要技術の中国生産を支援することを国家的優先事項としており、すでに多額の投資が投入されている。 国営科学技術日報の報道によると、オリジン・クアンタムは10月、希釈冷凍機の製造を発表した最新の中国企業となった。サン氏は、チームが実験を再現し、特定の環境で応用するためのデバイスを開発したと述べたが、広く応用できるようになるまでにはまだ長い道のりがあり、エンジニアリング上の問題を克服する必要があると指摘した。同氏は、この研究は基礎物理学におけるさらなる議論と研究の出発点となる可能性があると述べた。「半世紀にわたり、超固体が存在すると考えられてきましたが、今回、どういうわけかそれが確認されたのです」とサン氏は語った。 「科学者は他の物質から新たな証拠を探すようになる可能性があり、それが最終的に物理学を前進させる可能性があります。」 #米中テクノロジー戦争が激化する中科学者らが量子コンピューターを冷却する新素材を発見