金属-金属結合をもつコバルト三核分子で 「スピン量子ビット」特性を発見

～量子コンピュータ材料開発に新しい指針～



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【ポイント】
・コバルトイオン3個が直線的に結合した分子で、スピン量子ビットとして機能することを初めて実証しました。
・金属-金属結合をもつ分子でスピン緩和時間（T₁、T2）を精密に測定し、長寿命スピン状態を確認しました。
・今後、量子情報処理や高性能量子メモリなどへの応用が期待されます。

【概要説明】
熊本大学大学院先端科学研究部の速水真也教授らの研究グループは、韓国・台湾の共同研究者とともに、コバルトイオンが金属-金属結合によりつながった錯体分子「Co₃(dpa)₄Cl2（dpa＝2,2′-ジピリジルアミド）」が、量子ビット（スピン量子ビット）※1として機能することを世界で初めて明らかにしました。
本研究では、パルス電子スピン共鳴（EPR）法※2を用いてスピンの緩和特性を詳細に解析し、金属-金属結合をもつ分子でも比較的長いスピン寿命を保持できることを実験的に証明しました。
この成果は、分子を基盤とした量子コンピュータ材料設計の新しい方向性を示すものであり、将来的には量子情報処理技術やスピンエレクトロニクスの発展に貢献することが期待されます。
本研究成果は、英国王立化学会（Royal Society of Chemistry）の国際学術誌 Chemical Communications に掲載され、雑誌の「Outside Front Cover」にも選出されました。なお、本研究は文部科学省科学研究費補助金、韓国研究財団（NRF）助成金、韓国基礎科学研究院（KBSI）、韓国科学技術情報研究院（KISTI）国立スーパーコンピューティングセンターの支援を受けました。

【展開】
今回の成果は、金属-金属結合をもつ多核金属錯体を量子ビット材料として利用できる可能性を示した初の例であり、今後は他の金属イオンを用いた新しいスピンクロスオーバー量子ビット材料の開発につながると期待されます。

【用語解説】
※1 スピン量子ビット（Spin Qubit）：電子のスピン（上向き・下向き）を0と1に対応させ、0と1の重ね合わせ状態により量子情報を保持する単位。
※2 パルス電子スピン共鳴（EPR）法：磁場中の電子スピンの状態を観測する分光法で、スピンの緩和時間や量子ビット特性の評価に利用される。



【論文情報】
論文名：Slow magnetic relaxation in a trinuclear spin-crossover Co(II) compound with metal-metal bonding
著者：Yoshihiro Sekine†, Jeongcheol Shin†, Sun Hee Kim*, Hikaru Zenno, Hisui Kobayashi, Ming-Chuan Cheng, Kil Sik Min, Shie-Ming Peng, Shinya Hayami*
(†: equal contribution, *: equal correspondence)
掲載誌：Chemical Communications（英国王立化学会）
doi：doi.org/10.1039/D5CC03879K
URL：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2025/cc/d5cc03879k
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