セパテク・マイクロバブルシステムが実現したトリチウムの浮上分離

NEWS-SCIENSE

セパテク・マイクロバブルシステムが実現したトリチウムの浮上分離

https://www.jstage.jst.go.jp/article/sst/5/2/5_137/_pdf

 

1. はじめに
トリチウム（3H）は陽子1個と中性子２個からなる核を持つ水素の放射性同位体であり、水素とほぼ同じ化学的特性を持ち、水分子として存在することが多いために分離が非常に難しい核種として知られる。実際、福島第一原子力発電所の爆発事故により発生した汚染水は現在、多核種処理装置による処理が進んでいるが、トリチウムは大量処理技術がないため除去に至っていない（東京電力ホールディングス， 2016）。
アース・リ・ピュアではセパテク®・マイクロバブルシステム（特許出願中）を開発し（図1（a）：Tamura et al., 2014）、これまでため池底質の放射性セシウムを効果的に分離・除去することに成功している（田村・足立， 2015）。マイクロバブルは直径50μm以下の微細な気泡であり、浮上せずに水中に滞留してそのまま消滅する特性を持つ。セパテク・マイクロバブルシステムでは、空気を用いてマイクロバブルを発生させる。この場合には、気泡表面が負に帯電すると共に（Tak a-hashi, 2005）、消滅の際にフリーラジカルを発生することが知られている（Takahashi et al., 2007）。セパテク・マイクロバブルシステムはマイクロバブルのこれらの特性を利用し、汚染水中に直接バブルを発生させることで、正電荷を持つ有害な重金属イオンを浮上・除去するシステムである（図1 （b））。
Takahashi（2005）は低pH環境でマイクロバブル表面が正に帯電する事を報告しており、バブルの周囲にH+が豊富に存在する環境では、負に帯電するバブルの周囲にH+を凝集できる可能性を示唆している。今回はセパテク・マイクロバブルシステムを用いてトリチウムを含む汚染水の浄化に取り組み、良好な除染結果が得られたので報告する

 

 

膨大な量の汚染水、林立するタンク　処理は2年後に限界…福島第1原発

https://www.nishinippon.co.jp/item/n/589672/?page=2

 

 

「また風評」恐れる漁業者

　間近に立つと、巨大な壁に行く手を阻まれるような錯覚に陥る。東京電力福島第1原発の構内には、高さ、直径とも約12メートルの金属製タンク約千基が所狭しと並んでいる。

　汚染水は雨水や地下水が原子炉建屋に流入し、事故で溶け落ちた核燃料などに触れて発生する。構内の多核種除去設備（ALPS）で浄化して「処理水」とするが、放射性物質トリチウムは除去できず残る。

　処理水をためるタンク1基の容量は、千～1300トン。処理水は1日で平均約170トン増えるため7～10日で満杯になる。

　この日も、クレーンでタンクの増設作業が進んでいた。東電によると、設置できるタンクの容量は計137万トン分だが、既に処理水約120万トンを貯蔵。2022年夏ごろには、新たに発生する処理水の行き場がなくなる計算だ。

モンキーはインターネット経由で送信される脳信号を使用してロボットアームを制御します

NEWS

 

 

エリザベスA.トムソン、ニュースオフィス 発行日：

2000年12月6日 プレスのお問い合わせ エレクトロニクス研究所のポスドクであるジェームズ・ビッグス（左）、MITのタッチラボのディレクターであるマンダヤム・スリニバサン教授、および機械工学の大学院生であるジョン・キムは、デューク大学のサルからの信号によって駆動されるロボットアームの動きを観察します。 キャプション： エレクトロニクス研究所のポスドクであるジェームズ・ビッグス（左）、MITのタッチラボのディレクターであるマンダヤム・スリニバサン教授、および機械工学の大学院生であるジョン・キムは、デューク大学のサルからの信号によって駆動されるロボットアームの動きを観察します。 クレジット： 写真/ Donna Coveney ノースカロライナ州のサルは、脳信号を使用して、600マイル離れたMITのタッチラボでロボットアームを遠隔操作しました。 この偉業は、Natureの11月16日号で報告された神経記録システムに基づいています。そのシステムでは、動物の脳に埋め込まれた小さな電極が、ロボットアームを制御して食べ物に手を伸ばすときに、脳の信号を検出しました。 デューク大学メディカルセンター、MIT、ニューヨーク州立大学（SUNY）ヘルスサイエンスセンターの科学者によると、新しいシステムは、麻痺した患者が義肢の動きを制御できるようにするブレインマシンインターフェースの基礎を形成する可能性があります。 。 MITのタッチラボのディレクターであるマンダヤム・スリニバサン氏は、ウォールストリートジャーナルの11月15日の記事で、インターネット実験は「歴史的な瞬間であり、まったく新しい何かの始まりでした」と述べています。 この作品はまた、脳が情報をエンコードする方法についての新しい考え方をサポートします。これは、情報をニューロンの大集団に広げ、新しい状況に迅速に適応することによって行われます。 Natureの論文で、科学者たちは2匹のフクロウザルでシステムをテストし、それぞれが人間の髪の毛の直径よりも小さい96個もの電極のアレイをサルの脳に移植した方法を説明しました。 彼らが使用した技術により、多数の単一ニューロンを別々に記録し、コンピューターコーディングアルゴリズムを使用してそれらの情報を組み合わせることができます。科学者たちは、運動が制御される運動皮質を含む、脳の皮質の複数の領域に電極を埋め込みました。次に、動物が小さな食べ物に手を伸ばすなどの到達タスクを学習したときに、これらの電極の出力を記録しました。 脳信号の分析 信号からサルの手の軌道を予測することが可能かどうかを判断するために、科学者はこれらのタスクの多くの繰り返しの間に生成された神経信号データの塊をコンピューターに送り、コンピューターが脳の信号を分析しました。この分析では、科学者は簡単な数学的手法と人工ニューラルネットワークを使用して、サルがさまざまな種類の手の動きをすることを学んだときに、手の軌跡をリアルタイムで予測しました。 デューク大学の神経生物学の准教授であるミゲル・ニコレリスは、次のように述べています。 「1つは、手の軌道を示す脳信号が、測定したすべての皮質領域に同時に現れることです。この発見は、軌道に関する情報がこれらの各領域の広い領域に実際に分布しているという脳コーディングの理論に重要な意味を持っています。地域ごとに情報が若干異なりますが。 「2番目の注目すべき発見は、そのような処理の機能単位が単一のニューロンではないように見えることです」とニコレリス教授は言いました。 「私たちのサンプルで最高の単一ニューロン予測子でさえ、ニューロンの集団の分析ほどうまく機能しませんでした。したがって、これは、脳が多くの領域に分散したニューロンの巨大な集団に依存している可能性が非常に高いという考えをさらに支持します。行動をエンコードする動的な方法。」

 

ネットの上 科学者たちは、コンピューター分析が脳信号パターンから手の軌跡を確実に予測できることを実証すると、コンピューターによって処理されたサルからの脳信号を使用して、動物が3次元で動くロボットアームを制御できるようにしました。彼らは、信号が標準のインターネット接続を介して送信できるかどうかをテストし、非公式にタッチラボとして知られているMITの人間と機械の触覚研究所の同様のアームを制御しました。 「サルの脳信号を使用してインターネット上の遠隔ロボットを制御するというアイデアを最初に思いついたとき、信号送信の可変遅延が結果にどのように影響するかはわかりませんでした」とスリニバサン博士は述べています。 「標準のTCP / IP接続でも、それは美しく機能しました。デュークの猿の脳からの信号によって駆動されていることを知って、私たちの研究室のロボットが動くのを見るのは素晴らしい光景でした。まるで猿のようでした。 600マイルの長さの仮想アームを持っていました。」 研究者たちは間もなく、ロボットアームの動きが動物の皮膚への圧力という形で触覚フィードバック信号を生成する実験を開始します。また、動物が腕の動きを観察できるようにすることで、視覚的なフィードバックを提供しています。 ニコレリス教授によると、このようなフィードバック研究は、麻痺した人々がこのようなブレインマシンインターフェースを使用して補綴付属肢を制御する能力を向上させる可能性もあります。実際、彼は、脳はそのような人工付属肢に適応するためにフィードバックを使用することに非常に熟練していることを証明できると述べた。 体を増強する 「このような人工装置の組み込みが機能すれば、仮想空間で私たちの体を想像もしなかった方法で増強することが可能になるでしょう」と、機械工学および電子工学研究所の主任研究員であるスリニバサン博士は述べています。 「実際、猿の脳信号によって制御されたロボットは触覚インターフェースです。これは、私たちの研究室の多感覚バーチャルリアリティシステムの一部であるデバイスです。これにより、作成された仮想オブジェクトに触れたり、感じたり、操作したりすることができます。コンピューターのモニターが合成された視覚画像を見ることができ、スピーカーが合成された音を聞くことができるように、コンピュータープログラム。 「インターネットを介してロボットアームを制御するために脳信号パターンを使用する実験では、視覚画像、聴覚刺激、感覚テクスチャに関連する力など、サルへのさまざまなタイプのフィードバックを設計することによって腕の機能を拡張した場合オブジェクトを操作する-このような閉ループ制御により、リモートアームが脳内の体の表現に組み込まれる可能性があります」とSrinivasan博士は続けました。 「非常に一貫性のある閉ループを確立すると、基本的に、外部デバイスが身体表現の一部であることを脳に伝えます。今、私たちの頭の中での主な質問は、そのような組み込みの限界は何ですか？いわゆる現実世界の物理法則に従わないように仮想オブジェクトをプログラムした場合、それらは脳内でどのように表現されるのでしょうか？」彼は言った。 科学者たちは、フィードバックシステムの実験に加えて、1,000電極アレイの達成を目指して、埋め込まれる電極の数を増やすことを計画しています。彼らはまた、脳信号のサンプリングと分析に必要な回路のサイズを大幅に縮小する「ニューロチップ」を開発しています。 博士に加えて。ニコレリスとスリニバサン、この論文の他の共著者は、ヨハン・ウェスバーグ、クリストファー・スタンボー、ジェラルド・クラリック、パメラ・ベック、デュークのマーク・ラウバッハでした。機械工学の大学院生のJungKimと、電子工学研究所（MIT）のポスドクのJamesBiggs氏。とSUNYのジョンチャピン。 この作業は、国立衛生研究所、国立科学財団、国防高等研究計画局、および海軍研究局によってサポートされています。 この記事のバージョンは、2000年12月6日のMIT TechTalkに掲載されました。

ブルーカーボン（海の二酸化炭素吸収量）

地球温暖化

https://www.jstage.jst.go.jp/article/jahs/47/2/47_107/_pdf

 

人間活動によって大気に放出された二酸化炭素（CO2）は，地球温暖化を促進させると指摘されており，地球規模での気候変化を引き起こす可能性がある。大気中のCO2濃度の上昇は著しく，かつ単調に増加を続けている。

IPCC （2013）によれば，CO2濃度は1750年頃の278 ppmから2011年には390.5 ppmと40% 増加していることが報告されている。森林などの陸域生態系におけるCO2吸収量については盛んに研究されており，「グリーンカーボン」とも呼ばれている。一方で，海域のCO2吸収量については，それよりも大きく，2009年に発表された国連環境計画（UNEP）報告書において「ブルーカーボン」が唱えられ，海域のCO2吸収の重要性が指摘されている（UNEP, 2009）。

この報告書では，全世界から排出されるCO2量は7200±300 Tg-C yr－1であり，そのうち森林など陸上が800±800 Tg-C yr－1 （約11%）， 海 が2200±400 Tg-C yr－1 （約31%）吸収していると見積もられている。海域（外洋）でのCO2収支に関する研究は，国際的な研究が行われているのに対し，沿岸海域におけるCO2濃度分布や時間変動およびCO2吸収・放出量に関する研究が少ないのが現状であ

る。沿岸海域におけるCO2に関する研究は，最近になって盛んに行われるようになってきている。

例えばChen and Bortges （2009）による大陸棚におけるCO2の挙動に関する研究，遠藤ほか（2016）による都市沿岸域の人工湿地におけるCO2吸収・放出量に関する研究がある。また，Watanabe and Kuwae （2015）および桑江（2016）によるブルーカーボンを対象にした浅海域のアマモ場での研究がある。

沿岸海域は，陸域からの栄養塩や有機物が豊富に流入する水域であり，一次生産（光合成）が盛んであるため，外洋と比較して大きなCO2吸収が見込める。日本は，欧米に比べ，国土面積に対し広い沿岸海域を持っており，さらなるCO2吸収が見込めると考えられる。

また，大気CO2については，都市域でのCO2濃度測定は行われているが，海上大気のCO2濃度測定は皆無に近く，海上大気と海水中のCO2濃度を比較した詳しい研究は行われていないのが現状である。したがって，大気と海水中のCO2濃度との関係，また沿岸域におけるCO2収支を明らかにすることは，陸域－海域の炭素循環を明らかにするうえで極めて重要である。

沿岸海域のCO2濃度測定手法については，時間的・空間的な変動が大きいために測定が難しいとされてきた。著者は，CO2濃度の時間変動が大きい沿岸海域において連続測定が可能なCO2測定手法の開発を進めており，この測定手法を用いて，沿岸海域（大阪湾東部）のCO2濃度変動を現地調査によって明らかにした（藤井ほか，2013；藤井・藤原，2012；藤井ほか，2011）。

本研究では，これまでに大阪湾東部で行った連続観測によって得られた表面海水中および海上大気のCO2濃度データを解析し，大気–海水中のCO2濃度変動特性について明らかにする。

II．研究方法

1．大気中のCO2濃度の測定CO2排出量の大きな都市に隣接する海上大気のCO2濃度は，気象庁が長期的に測定している地点（岩手県綾里，東京都南鳥島及び沖縄県与那国島）のCO2濃度よりも高いと考えられる。しかし，その実態はよく分かっていない。そこで，大阪湾東部に位置する尼崎地点（Fig. 1のSt.A; 34°40′58.10′′N, 135°22′25.31′′E）において，ヴァイサラ社GMP343（非分散型赤外線吸収方式）を用いて，大気CO2濃度を2011年7月より1分間隔で直接測定している。測定精度は±1 ppmである。

また，本研究では，都市部沿岸域と人為的影響が少ない地点での大気CO2濃度を比較するために，気象庁が測定している綾里地点（39°02′N, 141°49′E）及び南鳥島地点（24°17′N, 153°59′E）のデータを取得し，解析に用いた（気象庁，2016）。

 

 

ブルーカーボン

 

・二酸化炭素は大気に放出されているだけではない。例えば2000年から2005年の5年間の平均で，人類の活動による二酸化炭素の57％は大気中に放出されていたが，12.5％は森林に吸収されたとの報告がある。そして，残りの30.5％は海に吸収されていたのである。森林の二酸化炭素（CO2）吸収量はよく知られており，グリーンカーボンとも呼ばれている。海の吸収量は，それよりも大きく，ブルーカーボンと呼んでいる。

  • 2009年に発表された国連環境計画（UNEP）報告書「Blue Carbon」においては，海洋で生息する生物によって吸収・固定される炭素がブルーカーボンと命名されている。 海の吸収量の10～20％程度は，海藻等の海洋生物により海底堆積物として主に沿岸域で固定されると考えられており，沿岸域の環境保全は重要である。

  • 沿岸部の海草藻場は，1平方kmあたり8万3千トンもの炭素を地中に蓄えていることが報告された。一方，同じ面積の森林は、3万トンの炭素を原木部分に蓄えているだけだ。船舶への電力供給，海洋再生可能エネルギーおよび海水ヒートポンプ等の海洋関連二酸化炭素排出削減技術のブルーリソースだけでなく，ブルーカーボンも視野に入ってきた。

  • 沿岸域の海草の地中に1200年もの間，安定して炭素を蓄積してきた層。今から1200年前は，平安時代のはじめで弘法大師が高野山を開いた年代。この時代から炭素を蓄積してくれていた。

海が吸収する二酸化炭素(ブルーカーボン)を担う海藻と海草の違いは大きい。後者はうみくさと読み，海から陸へと進化した植物の中で再び海に戻ったものだ。動物で言えばクジラやイルカのようなもの。海藻の根は岩などに接着するだけのものだが，海草は陸上植物のように地下茎から栄養を吸い上げる。

 

 

海は頑張ってくれているが，吸収された二酸化炭素に依って，ゆっくりと酸性化している。酸性化は，稚魚やサンゴの成育に影響を与え，種の多様性や養殖業，それに海に食糧や経済の基盤を置く国々は大きな影響を受けると考えられ，事態は深刻である。英国の研究者らが2013年に発表した第19回国連気候変動枠組み条約締約国会議(COP19)報告書によると，海の酸性化は過去3億年で最も速いペースで進んでいるとみられている。

  • 海の中に海藻類が生い茂り，多種多様な海洋生物が多いということは，海の中に固定化された炭素が多いということである。海藻も魚も炭素でできており，これらがいなくなることは空気中の炭素が増えるということになる。同じように大地に緑が多いということも，そこに固定化された炭素が多いということである。草木も炭素でできている。空気中の炭素は，メタンや二酸化炭素といった地球温暖化物質である。空気中の炭素を減らすためには，青い海と緑の大地を守ることが大事だ。

  • 海藻や植物プランクトン等が吸収する二酸化炭素ブルーカーボンは、地球温暖化防止のクレジットとして認められていない。ただし、海藻や植物プランクトン等にクレジットという価値を持たせ保護していくことは、沿岸域の生態系および環境保全に重要なことは明らかである。

    このため、この量をクレジットにすることを自治体等で決め、クレジットへの資金供給を行う必要がある。地球温暖化防止のクレジットとして認められている海洋関係のエネルギー削減技術等のブルーリソースと、海藻や植物プランクトン等のブルーカーボンを一緒に扱うことによって、全体として資金に裏打ちされたクレジットの仕組みが成立することになる。 





人工海底 山脈 による二酸 化炭素 固定の可能性

. ま とめ

https://www.jstage.jst.go.jp/article/prooe1986/24/0/24_0_387/_pdf

全 球,特 に海洋 にお ける炭素 循環 の研 究の重 要性が叫 ばれながら,その詳細 は明らか にされておらず,依然,世 界 的な重 要な研 究課題 になっている.人 工海 底山脈 による基礎生産 の増加 と,これに伴う海 洋での二酸化 炭素 固定の可能性 は,開 発 当初から提案 され てきたが,議 論が不足していた.

2007年 に発 表されたIPCCの 最 新の報告 を基 に数十～数百年の炭 素循 環を前提 に考えると,人 工海 底 山脈により自然エネルギーを利 用して真 光層 に栄養 塩類 を湧昇させ基礎 生産を増加できれ ば,安 全な食糧を持続的 に供給 できると同時に,二 酸化 炭素を深海 に固定できる可能 性が明らかになった.し かし,栄 養 塩類 の濃度 、循 環量 、貯蔵 量 に関するデ ータが不足しているため,栄養塩 類の持続 可能性 には課題が残った.さ らに議 論を進めるためには,基 礎 生産速度を含 む栄養 塩類の循環 についての知見の収 集,人 工海底 山脈による基礎 生産 の増加 量を科学的な方法で定量化 する必 要がある.

そのためには,複 数海 域で次 に示すような調 査 ・研 究 ・開発を続ける必 要がある.

(1)人工海 底 山脈 事 業 による基礎 生 産の増加 量 と炭素固定量を事業 前に高精度 に予測す る技術.

(2)事業 後の基礎 生産 増加 量,深 海 に固定される炭 素量,大 気 および海 洋表 層の 二酸化 炭 素分圧 などを高精 度に評価す る技術.

(3)建設 時 に発 生す る二 酸化炭 素 量と,建 設後 に深海に固定される炭 素量の技術面,経 済面,政 策面での評価 技術.

5. お わ りに

海洋基 本法 第二条 には,「海 洋環 境の保全 を図りつつ海洋 の持続 的な開発 及び利 用を可能 とすることを旨として,そ の積極 的な開発及 び利 用 が行 われ なけれ ばならない」と謳 われている.革 新的な重 要技術 として総合科 学技術会 議に提案された人工海底 山脈 を,整 備 ・活 用することにより,食 糧 自給率 の低 い我 が国の重 要課題 である海 洋 での食 糧生 産が 図れ る.同 時 に,こ れが二酸化炭素の 固定 につながる可能性 が示された.

古代 文明 が陸上 で農 業 の技術 と生産 基盤 を営 々と築 いてきたように,人 類 に残 されたフロンティアである海洋 を,新 たな技術 により,食糧生産,二 酸化 炭素 固定,環境 保全,リサイクルの場として活 用すべきと考える.環境 に配慮 し,細 心の注意を払い海 洋の 自然エネルギーと生態 系を利 用して,海 洋 での食 糧生産 基盤を国民が真 に求める社 会資本 として整備することが求められている.本 稿が海洋 における新たな食 糧生産 と二 酸化炭 素固定の議 論の発端 になれ ば幸いであ

 




人類滅亡の序曲か？！米国沖でメタンハイドレート融解

 

 

 

ぞっとするニュースだ。米国ワシントン大学の調査によると、ワシントン州、オレゴン州の沖合の海底でメタンガスの大量放出が起きているらしい（関連情報）。メタンガスとは可燃性の天然ガスで、世界各地の大陸棚付近の海底には、高圧・低温により氷状になったメタンが大量に固定されている。これがいわゆるメタンハイドレートだ。これが温暖化により溶けだしているようだ。もし、世界各地の海域でメタンハイドレートの融解が始まったら、最悪の場合、人類滅亡をもたらす大災厄となりうる。今回の大量放出が即、そうした状況につながるわけではないだろうが、危険な兆候として、注視すべきである。

海底に眠る膨大な量のメタンハイドレート。地球環境にとっては、それは爆弾のようなものだ。メタンガスは、ＣＯ２（二酸化炭素）の20倍以上という強力な温室効果ガス。もし、温暖化の進行により、今回のようなメタンハイドレートの融解が世界各地の海域で起き、大量のメタンガスが大気中に放出されるような状態となれば、温暖化の暴走（ポジティブ・フィードバック）を引き起こすことになるかも知れない。つまり、放出されたメタンにより、地球温暖化が加速、海水温上昇により、さらなるメタンが放出され、それが温暖化をより加速させるという悪循環に陥る、ということである。

温暖化の暴走が何をもたらすか。最悪のシナリオとしては、いわゆる「ペルム紀の大絶滅」と同じことが起きるというものだ。今から、2億5100万年前、地球史上最大規模の火山活動によって、地球全体の気温・水温が上昇、さらに大量に発生したメタンガスが酸素と結合、「酸欠」状態になって、全生物種の90％以上が絶滅するということがあった。また、英国レスター大学の研究チームは「温暖化の進行で平均気温上昇が6度以上になると、海中の植物性プランクトンが酸素を作れなくなる」と指摘している。地球上の大気中の酸素の大半を放出しているのは、これらの植物プランクトンだ。つまり、温暖化の進行で人類が窒息死して滅亡するということもあり得るのである。

温暖化の暴走が起きるのか、ということについては、専門家の中でも意見が分かれている。ただ、ペルム紀に実際に起こったことであり、人間活動による温暖化進行によって、絶対に暴走が起きないという保証もない。だからこそ、自然エネルギー普及・省エネ推進を行い、森林の乱開発を止めるなど、温暖化をこれ以上、進行させないための努力を、これまで以上に尽力する必要がある。

だが、その地球温暖化対策でも、日本においては、安倍政権や大手電力会社などの振る舞いが問題となっている。火力発電の中でも、最もＣＯ２を排出する石炭火力発電を推進。現在、国内で48基の新規建設が計画されているほか、海外にも石炭火力発電を輸出しようとしているのだ。これまで、温暖化対策に後ろ向きだった米国ですら、石炭火力発電規制を決めたという中、あり得ないＫＹぶりである。

残念ながら、日本では温暖化対策に対する熱意が官民ともに失われ、先のパリでのＣＯＰ21（気候変動枠組条約第21回締約国会議）でも、小池百合子元環境大臣が「交渉会場近くの日本政府事務局に丸川大臣はじめ担当者を激励。皆、不眠不休ながら国益死守に元気いっぱいでした」とツイッターに投稿していたように（関連情報）、日本政府代表団は、いかに日本の温室効果ガス排出削減の負担を軽くするかということに腐心していたようだ。だが、温暖化はその進行を放置すれば、人類を滅亡させうる脅威へと発展する。温暖化の暴走が始まってからでは、手の打ちようがない。今からでも、できうる全ての対策を本気で行うべきなのだろう。

https://www.itmedia.co.jp/news/articles/2101/22/news105.html

イーロン・マスク氏、賞金1億ドルの二酸化炭素回収技術コンテスト開催へ

 

世界一の富豪、イーロン・マスク氏は1月21日（現地時間）、自身のTwitterアカウントで「最高の二酸化炭素回収技術に1億ドル（約104億円）の賞金を提供する」とツイートした。詳細は来週発表するとしている。

　二酸化炭素回収技術とは、地球温暖化の原因になる二酸化炭素を排出源から分離・回収する技術（環境省より）。これまでにもX-Prizeなどが同様のコンテストを開催してきたが、1億ドルの賞金は破格だ。

　20日に発足したジョー・バイデン新政権は7つの優先事項の2つ目として地球温暖化問題対策を掲げている。

 

オーケストレーション客観的削減（脳は量子コンピューター？）仮置き場

QUANTUM　COMPUTER 物理（その他）

理論物理学者のロジャーペンローズと麻酔科医のスチュアートハメロフが協力して、オーケストレーション客観的削減（Orch-OR）として知られる理論を作成しました。ペンローズとハメロフは当初、それぞれのアイデアを別々に開発し、その後、1990年代初頭にOrch-ORを作成するために協力しました。理論は、2013年後半に元の著者によってレビューおよび更新されました。 ペンローズの物議を醸す議論は、ゲーデルの不完全性定理から始まりました。意識に関する彼の最初の本、皇帝の新しい心（1989）で、彼は、正式な証明システムはそれ自体の矛盾を証明することはできませんが、ゲーデルが証明できない結果は人間の数学者によって証明できると主張しました。彼はこの格差を、人間の数学者が正式な証明システムとして記述できず、したがって計算可能なアルゴリズムを実行していないことを意味すると解釈しました。 ペンローズは、波動関数の崩壊が計算不可能なプロセスの唯一の可能な物理的根拠であると判断しました。ペンローズは、そのランダム性に不満を持って、客観的縮小と呼ばれる、単独で発生する新しい形の波動関数の崩壊を提案しました。彼は、各量子重ね合わせには独自の時空曲率があり、これらが複数のプランク長によって分離されると、不安定になり崩壊することを示唆しました。ペンローズは、客観的削減はランダム性もアルゴリズム処理も表さず、代わりに時空幾何学における計算不可能な影響を表しており、そこから数学的理解と、後の拡張によって意識が導き出されたと示唆しました。 もともと、ペンローズは、量子処理を脳に実装する方法についての詳細な提案を欠いていました。しかし、ハメロフはペンローズの研究を読み、微小管が適切な候補になるだろうと示唆しました。 微小管は、チューブリンタンパク質二量体サブユニットで構成されています。チューブリン二量体はそれぞれ8nm離れた疎水性ポケットを持ち、非局在化したパイ電子を含んでいる可能性があります。チューブリンには、わずか約2nm離れたパイ電子に富むインドール環を含む他の小さな非極性領域があります。ハメロフは、これらの電子が量子もつれになるのに十分近いと提案しています。ハメロフは当初、チューブリンサブユニットの電子がボーズアインシュタイン凝縮を形成することを示唆していましたが、これは信用できませんでした。次に彼は、双極子分子の仮想的なコヒーレント振動であるフロリッヒ凝縮体を提案しました。ただし、これも実験的に信用を失っています。 さらに、彼は、あるニューロンの凝縮物がニューロン間のギャップ結合を介して他の多くのニューロンに広がる可能性があることを提案しました。この拡張された凝縮物の波動関数が崩壊したとき、時空の幾何学に仮想的に埋め込まれている数学的理解と最終的には意識的な経験に非計算的にアクセスすることが提案されました。 ただし、Orch-ORは多くの誤った生物学的予測を行っており、脳生理学の非常に貧弱なモデルであると考えられています。情報処理により適した「A」格子微小管の提案された優位性は、すべての生体内微小管が「B」格子と継ぎ目を持っていることを示した菊川らによって改ざんされました。ニューロンとグリア細胞の間のギャップ結合の提案された存在も改ざんされました。 Orch-ORは、微小管のコヒーレンスが樹枝状層状体（DLB）を介してシナプスに到達すると予測しましたが、De Zeeuw etal。 DLBがギャップ結合からマイクロメートル離れて配置されていることを示すことにより、これが不可能であることを証明しました。

2020年における量子コンピュータの進化

物理（その他）

2020年における量子コンピュータの進化と2021年の予測

量子コンピューティングは今年、転機を迎えようとしています。2020年に大幅に進展した量子コンピューティングは2021年には更に進化し、かつてないほど実用化に近づくと予想しています。しかし、耐量子コンピューティングへの対応には予想以上に時間がかかると考えられ、組織を守っていくには今からその準備を始めておく必要があります。

そこで、2020年の量子コンピューティング技術におけるいくつかの重要な進展をまとめ、2021年にどのようなことが期待できるのか、予測を行いました。

2020年における進展

2020年には様々な事が起こりました。多くの人がテレワークに移行を進める間も、量子関連技術の開発は進められました。ここでは2020年における量子関連技術の進化を時系列でまとめます。

3月

6月

7月

8月

9月

10月

11月

2021年の予測

今年、実用的な大規模量子コンピュータの実現に向けさまざまな進展が見られたことを考えれば、こうした進展が2021年も続くことが容易に予測でき、それはほぼ間違いないでしょう。さらに、いつか、企業が、量子コンピュータを使用して従来のスーパーコンピュータでは解決できなかった実際的な問題の解決に成功したと発表することになるでしょう。

量子コンピュータにより従来のスーパーコンピュータで解決できなかった問題を解決することは、商用に利用可能な量子コンピュータの実現に向け、次の重要なマイルストーンです。しかしそのマイルストーン自体が、RSAやECCといった暗号手法をリスクにさらすわけではありません。暗号アルゴリズムの解読には大規模な量子コンピューターが必要であり、そうしたコンピューターは2021年には存在していないからです。しかし、現実的な問題を解決する能力を得ることで、より優れた量子コンピューターの開発へのさらなる投資を促進することになります。これはまさに、かつてコンピュータが年々、指数関数的に能力を高めていったのと同様、ムーアの法則に通じるフィードバックループの好循環です。

暗号の移行には時間がかかり、数十年かかることも珍しくありません。そのため、十分な規模の量子コンピュータが実現した時に備えておきたいと考えるなら、企業や組織は今からその準備を始めなければなりません。標準化団体やセキュリティの専門家は、そうした移行の土台づくりに懸命に取り組んでいます。米国標準技術研究所（NIST）は先日、「耐量子コンピューター暗号アルゴリズムへの移行における検討事項」に関するワークショップを開催しており、NISTは2021年後半には標準化に向けていくつかのアルゴリズムを選択する予定です。これによって、こうしたアルゴリズムの実装に向けた取り組みが一気に進むことが期待されます。

2020年中のあらゆる進歩は、量子コンピューターの実用化を大きく近づけるものであり、ITプロフェッショナルの71%は量子コンピューティングが近い将来に非常に大きな脅威になると考えています。もし、まだ準備を始めていないとすれば、2021年には遅れをとり始めることになるでしょう。

今すぐ準備を始めましょう

もし、まだ量子コンピューティングへの準備を始めていないのであれば、量子コンピューティングについての知識を深め、準備することを新しい年の抱負にしましょう。量子コンピューティングは、今後5年から10年で実用化される可能性が高いと考えられます。科学者たちはすでに数年前からそう言ってきましたが、今やそれがかつてないほど真実味を帯びてきました。

量子コンピューティングが主流になるまでには10年はかかる可能性があるものの、これは負けるわけにはいかない競争です。基本的にこれは組織とコンピュータとの競争であり、のんびりしている時間などありません。

デジサートでは組織が量子コンピュータへの備えに着手できるよう、業界のエキスパートと連携して、将来の耐量子コンピューター暗号の脅威に備えるためのPKIエコシステムを構築しています。さらに耐量子コンピューター暗号（PQC）ツールキットを開発し、量子コンピューターによるアルゴリズム解読に対抗するハイブリッドのPQC/RSA証明書を検証することができます。

DigiCertのPQCツールキットには以下が含まれます：

デジサートの2021年の予測および将来展望の詳細については、こちらの新年のセキュリティ予測ブログをご覧ください。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

科学者は、無線周波数スペクトル全体をカバーする量子センサーを作成します

 

陸軍研究所による ガラス蒸気セル内の原子は、レーザービームでリュードベリ状態に励起されます。それらは（バックグラウンドの金のアンテナから来る）電界を検出し、その情報をレーザービームに刻印します。クレジット：米国陸軍 陸軍の研究者によると、量子センサーは、0から100GHzまでの無線周波数スペクトル全体にわたって通信信号を検出する方法を兵士に与える可能性があります。 単一のアンテナによるこのような広いスペクトルカバレッジは、従来の受信機システムでは不可能であり、個々のアンテナ、増幅器、およびその他のコンポーネントの複数のシステムが必要になります。 米国陸軍戦闘能力開発コマンドの科学者であるDavidMeyer氏は、2018年に、陸軍の科学者は、リュードベリ原子と呼ばれる非常に励起された超高感度の原子を使用して通信信号を検出する量子受信機を世界で初めて作成したと述べています。陸軍研究所。研究者たちは、基本原理に基づいて受信機のチャネル容量、つまりデータ転送速度を計算し、ラボで実験的にそのパフォーマンスを達成し、他のグループの結果を桁違いに改善したとマイヤー氏は述べています。 「これらの新しいセンサーは非常に小さく、事実上検出できない可能性があり、兵士に破壊的な利点をもたらします」とマイヤー氏は述べています。 「リュードベリ原子ベースのセンサーは、通信受信機を含む一般的な電界検知アプリケーションで最近検討されたばかりです。リュードベリ原子は広く感度が高いことが知られていますが、動作範囲全体にわたる感度の定量的記述は行われていません。 「」 リュードベリ原子は、このアーティストの解釈で着信無線周波数フィールドを検出するリュードベリ状態に光学的に励起されます。クレジット：米国陸軍 潜在的なアプリケーションを評価するために、陸軍の科学者は、0〜1012ヘルツの膨大な周波数範囲で振動する電界に対するリュードベリセンサーの感度の分析を実施しました。結果は、リュードベリセンサーがスペクトル全体にわたって信号を確実に検出し、電気光学結晶やダイポールアンテナ結合パッシブエレクトロニクスなどの他の確立された電界センサー技術と比較して有利であることを示しています。 「量子力学により、センサーのキャリブレーションと究極のパフォーマンスを非常に高度に知ることができ、それはすべてのセンサーで同じです」とマイヤー氏は述べています。 「この結果は、このシステムを現場でどのように使用できるかを決定する上で重要なステップです。」 この作業は、ジオロケーション用のRF信号の検出に対する新しい通信概念またはアプローチに影響を与える可能性があるため、次世代コンピューターネットワークにおける陸軍の近代化の優先順位と、確実な位置、ナビゲーション、およびタイミングをサポートします。 将来的には、陸軍の科学者は、感度を改善してさらに弱い信号を検出し、より複雑な波形の検出プロトコルを拡張する方法を調査する予定です。

 

 

リュードベリ状態 ウィキペディアから、無料の百科事典 ナビゲーションにジャンプ 検索にジャンプ 原子または分子のリュードベリ状態[1]は、イオン化エネルギーでイオン状態に収束するときに、リュードベリの式に従うエネルギーを持つ電子励起状態です。リュードベリの式は、原子のエネルギー準位を記述するために開発されましたが、水素原子とほぼ同様の電子構造を持つ他の多くのシステムを記述するために使用されています。[2]一般に、十分に高い主量子数では、励起された電子-イオンコアシステムは水素システムの一般的な特性を持ち、エネルギーレベルはリュードベリの式に従います。リュードベリ状態には、イオンのエネルギーに収束するエネルギーがあります。イオン化エネルギーのしきい値は、原子または分子のイオンコアから電子を完全に解放するために必要なエネルギーです。実際には、リュードベリ波束は水素原子上のレーザーパルスによって生成されるため、リュードベリ状態の重ね合わせになります。[3]ポンププローブ実験を使用した最新の調査では、分子経路が示されています。 （NO）2の解離–これらの特別な状態を介して。[4]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

複雑な量子テレポーテーションが初めて実現

 

 

ウィーン大学 オーストリアと中国の科学者は、初めて3次元量子状態（シンボリックイメージ）の転送に成功しました。クレジット：ÖAW/ HaraldRitsch オーストリアと中国の科学者は、初めて3次元量子状態のテレポートに成功しました。高次元テレポーテーションは、将来の量子コンピューターで重要な役割を果たす可能性があります。 オーストリア科学アカデミーとウィーン大学の研究者は、以前は理論的な可能性しかなかったものを実験的に実証しました。中国科学技術大学の量子物理学者と協力して、複雑な高次元量子状態のテレポートに成功しました。研究チームは、ジャーナルフィジカルレビューレターでこの国際的な最初の報告をします。 彼らの研究では、研究者たちはある光子（軽い粒子）の量子状態を別の離れた光子にテレポートしました。以前は、2レベルの状態（「キュービット」）、つまり値が「0」または「1」の情報のみが送信されていました。しかし、科学者たちは、いわゆる「キュートリット」と呼ばれる3レベルの状態をテレポートすることに成功しました。量子物理学では、古典的なコンピュータサイエンスとは異なり、「0」と「1」は「どちらか/または」ではありません。両方を同時に、またはその間にあるものも可能です。オーストリアと中国のチームは、これを実際に実証し、3番目の可能性「2」を示しました。 新しい実験方法 多次元量子テレポーテーションが理論的に可能であることが1990年代から知られています。ただし、「最初に、高次元テレポーテーションを実装するための実験方法を設計し、必要な技術を開発する必要がありました」と、オーストリア科学アカデミーのウィーン量子光学量子情報学研究所のManuelErhard氏は述べています。 テレポートされる量子状態は、光子がとることができる可能な経路でエンコードされます。これらの経路を3本の光ファイバーとして描くことができます。最も興味深いことに、量子物理学では、単一の光子を3つの光ファイバーすべてに同時に配置することもできます。この3次元量子状態をテレポートするために、研究者たちは新しい実験方法を使用しました。量子テレポーテーションの中核は、いわゆるベル測定です。これはマルチポートビームスプリッターに基づいており、複数の入力と出力を介して光子を導き、すべての光ファイバーを接続します。さらに、科学者は補助光子を使用しました。これらは複数のビームスプリッターにも送られ、他の光子と干渉する可能性があります。 特定の干渉パターンを巧妙に選択することにより、量子情報は、2つが物理的に相互作用することなく、入力光子から遠く離れた別の光子に転送できます。実験の概念は3次元に限定されませんが、Erhardが強調しているように、原則として任意の数の次元に拡張できます。 量子コンピューターのためのより高い情報容量 これにより、国際的な研究チームは、高次元の量子システムが量子ビットよりも大量の情報を輸送できるため、将来の量子インターネットなどの実用的なアプリケーションに向けて重要な一歩を踏み出しました。 「この結果は、量子コンピューターをキュービットを超える情報容量と接続するのに役立つ可能性があります」と、オーストリア科学アカデミーとウィーン大学の量子物理学者であるアントンツァイリンガーは、新しい方法の革新的な可能性について述べています。 参加している中国の研究者は、多次元量子テレポーテーションにも大きなチャンスがあると考えています。 「次世代量子ネットワークシステムの基礎は、今日の私たちの基礎研究に基づいています」と、中国科学技術大学のJian-WeiPan氏は述べています。パンは最近、ウィーン大学とアカデミーの招待でウィーンで講演を行いました。 将来の研究では、量子物理学者は、新たに得られた知識を拡張して、単一の光子または原子の量子状態全体のテレポーテーションを可能にする方法に焦点を当てます。

 

 

科学者は、大規模システム全体のノイズを特徴付ける最初の量子アルゴリズムを開発します

 

シドニー大学 研究者たちは、IBM QuantumExperienceを使用して実験を行いました。クレジット：IBM 量子システムは、エラーやノイズが発生しやすいことで有名です。これを克服して機能的な量子コンピューターを構築するために、物理学者は理想的にはシステム全体のノイズを理解する必要があります。ロビン・ハーパー博士と同僚​​がノイズを特徴づける最初のシステム全体の量子アルゴリズムを開発したことで、それは今まで手の届かないものでした。 ノイズは、大規模な量子コンピューターを構築する上での主な障害です。ノイズ（干渉または不安定性）を抑えるために、科学者はそれが量子システム全体にどのように影響するかを理解する必要があります。これまで、この情報は非常に小さなデバイスまたはデバイスのサブセットでのみ利用可能でした。 NaturePhysicsに本日発表されたRobinHarper博士とその同僚による研究は、大規模な量子デバイス全体で機能するアルゴリズムを開発しています。彼らは、IBM Quantum Experienceデバイスのノイズを診断し、これまで検出されていなかった14キュービットマシンの相関関係を発見することで、これを実証しています。 ハーパー博士は次のように述べています。「この結果は、現在の量子デバイス以降で実行できる、証明可能な厳密でスケーラブルな診断アルゴリズムの最初の実装です。」 ハーパー博士は、シドニー大学ナノ研究所のポスドク研究員であり、オーストラリア研究会議のエンジニアリング量子システムセンターオブエクセレンスの一部です。

 

 

 

ETSIは、Quantum-Safeスキームの移行戦略と推奨事項をリリースします

 

ソフィア・アンティポリス、2020年8月11日 ETSI Quantum-Safe Cryptography（QSC）ワーキンググループは、Quantum-Safeスキームの移行戦略と推奨事項を定義し、すべてのビジネスセクターで暗号化の認識を強化するテクニカルレポートTR 103619のリリースを発表しました。 非対称暗号化に対する量子コンピューティングの脅威は、ETSIの研究やその他の場所で広く報告されており、日常の存在を非対称暗号化に依存している多くのビジネスセクターに対する存在の脅威として認識されています。ただし、脅威を認識するだけでは不十分であり、ビジネス内の暗号化された資産を保護できるようにするための量子安全な暗号化アルゴリズムが存在することも知りません。これで、ビジネス全体が新しい完全に量子安全な暗号化状態（FQSCS）に移行する準備ができている必要があります。これを見越して、ETSIは、完全に量子安全な暗号化状態への移行を可能にするために組織が取るべき行動のフレームワークを定義する新しいテクニカルレポートを作成しました。 「移行レポートで説明しているのは、暗号化の役割と、ビジネスにおける暗号化の統合の深さをよりよく理解することです。数年後に攻撃が可能になると商業的に機密性が高くなる可能性があることを念頭に置いて、暗号化されたデータを送信できるように、暗号化の認識を高める必要があります。これは、収穫攻撃に対抗するのに役立ちます」と、ETSIQSCグループのテクニカルレポートの報告者であるScottCadzow氏は述べています。 移行フレームワーク、およびそれを文書化する移行計画は、次の3つの段階で構成されます。 在庫の編集 移行計画の準備 移行の実行 最初の段階では、量子コンピューターの影響を受ける組織内の資産についての知識がなければ、移行を計画することはできないという単純な点を示しています。この段階では、在庫のコンパイルは、専任のマネージャーとその開発と保守に割り当てられた予算を必要とするビジネスプロセスであり、これは暗号化プロパティに特に焦点を当てた既存の在庫管理の拡張である可能性があることを認識しています。 ステージ2には詳細な計画が含まれ、これもビジネスプロセスとして扱われます。大まかな想定では、移行は同様の基準で行われ、非対称の暗号で保護された資産は移行後に同じ方法で保護され、対称の暗号で保護された資産も同様に移行後に同じ方法で保護されます。 。ただし、移行計画中に一部の資産が大幅に再設計され、場合によっては廃止される可能性があることが文書化されています。 ステージ2で強調された1つの側面は、移行と初期展開の両方の設計が同じエンドポイントを達成することですが、移行は、中断に敏感なビジネス機能をサポートする既存の作業展開がある場合にのみ異なります。ステージ2の役割は、ビジネス全体が移行を認識し、その重要性が認識されていることを確認することです。 最終段階3は、移行自体のターンキー要素です。 ETSIレポートは、移行の管理と計画に詳細に対処するための一連のチェックリストを提供します。 ETSIについて ETSIは、業界と社会のすべてのセクターにわたるICTシステムとサービスのグローバルに適用可能な標準の開発、承認、およびテストをサポートするためのオープンで包括的な環境をメンバーに提供します。私たちは、65の国と5大陸から集まった、世界中に900を超える会員組織を持つ非営利団体です。メンバーは、大小の民間企業、研究機関、学界、政府、公的機関の多様なプールで構成されています。 ETSIは、EUによって欧州標準化団体（ESO）として正式に認められています。詳細については、https：//www.etsi.org/をご覧ください。

 

 

UChicagoの科学者たちは、量子状態を10,000倍長く持続させる方法を発見しました

 

2 020年8月22日 それを利用できれば、量子技術は素晴らしい新しい可能性を約束します。しかし、最初に、科学者は数百万分の1秒より長くヨークを維持するために量子システムを誘導する必要があります。シカゴ大学のプリツカー分子工学部の科学者のチームは、量子システムが動作し続けることを可能にする簡単な変更の発見を発表しました-または「コヒーレント」-以前の10,000倍の長さ。科学者たちは、固体量子ビットと呼ばれる特定のクラスの量子システムで技術をテストしましたが、他の多くの種類の量子システムにも適用できるはずであり、したがって、量子通信、コンピューティング、およびセンシングに革命をもたらす可能性があると考えています。 この研究は8月13日にScienceに掲載されました。 「この画期的な進歩は、量子科学の研究の刺激的な新しい道の基礎を築きます」と、研究の筆頭著者である、アルゴンヌ国立研究所の上級科学者でシカゴ量子取引所のディレクターである分子工学のLiewファミリー教授であるDavidAwschalomは述べています。 「この発見の幅広い適用性と、非常に単純な実装により、この堅牢な一貫性が量子工学の多くの側面に影響を与えることができます。これにより、以前は非現実的と考えられていた新しい研究の機会が可能になります。」 原子のレベルでは、世界は量子力学の規則に従って動作します。これは、私たちが日常生活で目にするものとは大きく異なります。これらのさまざまなルールは、事実上ハッキングできないネットワークや非常に強力なコンピューターなどのテクノロジーに変換される可能性があります。米国エネルギー省は、7月23日にシカゴ大学で開催されたイベントで将来の量子インターネットの青写真を発表しました。しかし、基本的なエンジニアリングの課題は残っています。量子状態は、振動、温度変化、または漂遊電磁界。 したがって、科学者は、システムの一貫性を可能な限り長く保つ方法を見つけようとします。一般的なアプローチの1つは、システムをノイズの多い環境から物理的に分離することですが、これは扱いにくく複雑になる可能性があります。別の手法では、すべての材料を可能な限り純粋にする必要がありますが、これにはコストがかかる可能性があります。 UChicagoの科学者たちは、別の取り組みをしました。「このアプローチでは、周囲の騒音を排除しようとはしていません。代わりに、システムを「だまして」ノイズが発生しないと考えさせます」と、この論文の最初の著者であるポスドク研究員のケビンミャオ氏は述べています。 量子システムを制御するために使用される通常の電磁パルスと並行して、チームは追加の連続交流磁場を適用しました。この場を正確に調整することにより、科学者は電子スピンを急速に回転させ、システムが残りのノイズを「調整」できるようにすることができます。 「原則を理解するために、それは人々があなたの周りで叫んでいるメリーゴーランドに座っているようなものです」とミャオ族は説明しました。 「乗り心地が静止しているときは、完全に聞こえますが、高速で回転していると、ノイズが背景にぼやけます。」 この小さな変更により、システムは最大22ミリ秒までコヒーレントを維持でき、変更なしの場合よりも4桁高く、以前に報告された電子スピンシステムよりもはるかに長くなりました。 （比較のために、まばたきには約350ミリ秒かかります）。このシステムは、温度変動、物理的振動、電磁ノイズのいくつかの形態をほぼ完全に調整することができます。これらはすべて、通常、量子コヒーレンスを破壊します。 科学者たちは、この簡単な修正で、量子技術のほぼすべての分野での発見を解き放つことができると述べた。 「このアプローチは、スケーラビリティへの道を作ります」とAwschalom氏は述べています。 「これにより、量子情報を電子スピンに保存することが実用的になるはずです。保存時間が延長されると、量子コンピューターでのより複雑な操作が可能になり、スピンベースのデバイスから送信された量子情報がネットワーク内を長距離移動できるようになります。」 「このアプローチでは、周囲の騒音を排除しようとはしません。代わりに、システムを「だまして」、ノイズが発生していないと考えさせます。」 ケビンミャオ、ポスドク研究員 ケビンミャオ、ポスドク研究員ケビンミャオ、ポスドク研究員 彼らのテストは炭化ケイ素を使用した固体量子システムで実行されましたが、科学者たちは、この技術が超伝導量子ビットや分子量子システムなどの他のタイプの量子システムでも同様の効果を持つはずだと信じています。このレベルの汎用性は、このようなエンジニアリングの飛躍的進歩としては珍しいものです。 「量子コヒーレンスを長期間維持できなかったために押しのけられた量子技術の候補はたくさんあります」とMiao氏は述べています。 「コヒーレンスを大幅に改善するこの方法ができたので、これらを再評価することができます。「最良の部分は、それが信じられないほど簡単なことです」と彼は付け加えました。 「その背後にある科学は複雑ですが、交流磁場を追加するロジスティクスは非常に簡単です。」 この研究に参加した他のUChicagoの科学者は、大学院生のJoseph Blanton、ポスドク研究員のChris Anderson、大学院生のAlexandreBourassaとAlexCrook、そしてアルゴンヌの科学者GaryWolfowiczでした。 日本国立量子放射線科学技術研究所の阿部寛と大島武も共著者でした。 チームは、Pritzker NanofabricationFacilityのリソースを使用しました。 チームは、起業家精神とイノベーションのためのポルスキーセンターと協力して、発見を商業化します。 引用：「ソリッドステートキュービットにおけるユニバーサルコヒーレンス保護」。 K. C. Miao et al。、Science、2020年8月13日。DOI：10.1126 / science.abc5186

 

 

 

 

 

 

 

グーグルの量子コンピュータが化学のマイルストーンを達成

 

この量子化学実験は、『Science』の8月28日号に掲載されたもので、12量子ビットしか使用していないにもかかわらず、同じ基本的なサイカモアのデザインに依存している。しかし、この実験は、このシステムの汎用性を示していると、Googleプロジェクトのアルゴリズム開発を担当する研究者のライアン・バブッシュは論文の中で主張している。

 

Takushi Yoshida

Takushi Yoshida

 

記者、編集者、Bizdev, Product Manager, Frontend Engineer, Finance 早大政治経済学部卒、東南アジアで新聞記者、米系デジタルマーケティングメディアDIGIDAY日本版立ち上げ、を経てaxionを創業。 ■Blog https://bit.ly/2W66n9l ■You Tube https://bit.ly/2L0O3Ii

 

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8 Sep 2020 • 4 min read

グーグルの量子コンピュータが化学のマイルストーンを達成

 

昨年秋、グーグルの研究者たちが、量子コンピュータが通常のコンピュータでは不可能なタスクを実行できる「量子超越性」を達成したと発表した。ただし、そこには実用性がなかった。乱数発生器の出力をチェックするこのプログラムは、実用的な価値が限られており、同社のマシンが何か有用なことができることを証明するものではなかった。

 

しかし今、グーグルの量子コンピュータは、簡単な化学反応のシミュレーションに成功するという、実世界での応用が可能なことを達成した。この偉業は、量子化学への道を指し示している。量子化学は、分子反応の科学者の理解を広げ、より良い電池、肥料の新しい作り方、空気中の二酸化炭素を除去する方法の改善などの有用な発見につながる可能性がある。

 

昨年の量子優位性実験は、53個の超伝導量子ビットを含む「サイカモア」と呼ばれるチップ上で行われた。絶対零度近くまで冷やされた量子ビットは、量子力学的な特性を持ち、古典的なコンピュータのビットを構成する単純な電流の「オン／オフ」の流れよりも複雑で有用な方法で量子ビットを操作できるようになった。いつか、量子コンピュータが、古典的なコンピュータでは宇宙の寿命が尽きてしまうような計算を素早く実行できるようになることが期待されている。

Google AI Quantumチームが、「量子超越 」と呼ばれる実験で、量子コンピュータが古典的なコンピュータにはできないタスクを実行できることをどのように実証したか。

 

この量子化学実験は、『Science』の8月28日号に掲載されたもので、12量子ビットしか使用していないにもかかわらず、同じ基本的なサイカモアのデザインに依存している。しかし、この実験は、このシステムの汎用性を示していると、Googleプロジェクトのアルゴリズム開発を担当する研究者のライアン・バブッシュは論文の中で主張している。「これは、実際、このデバイスが完全にプログラム可能なデジタル量子コンピュータであることを示しており、どんなタスクにも対応できることを示している」。

 

チームはまず、12個の水素原子からなる分子のエネルギー状態を単純化したものをシミュレーションした。次に、水素原子と窒素原子を含む分子の化学反応をモデル化し、水素原子が片側からもう片側に移動したときに分子の電子構造がどのように変化するかを調べた。電子のエネルギーは、ある温度や濃度の異なる分子でどのくらいの速度で反応が起こるかを決定するため、このようなシミュレーションは、化学者が反応の仕組みを正確に理解し、温度や化学物質の種類を変えた場合にどのように変化するかを理解するのに役立つだろう。

 

研究者らが実行したシミュレーションは、ハートリー=フォック法として知られているが、古典的なコンピュータでも実行できるため、それ自体が量子コンピュータの優位性を示すものではなかった。古典的なコンピュータの助けを借りて実行され、機械学習を使用して各計算を評価し、量子シミュレーションの新しいラウンドを改良した。これは量子コンピューター上で行われた以前の記録保持化学計算の2倍の大きさだった。

 

2017年、IBMは6つの量子ビットを使って量子化学シミュレーションを行った。その結果は1920年代の科学者が手で計算できるレベルの複雑さを持つ分子系を記述したものだったという。その数字を12クビットに2倍にすることで、グーグルのプロジェクトは1940年代のコンピューターで計算できるシステムに取り組んだ。

 

これまでのところ、古典的なコンピューターでは達成できなかったことを達成した量子コンピューターはない。2019年に同社が量子超越性を達成したことでさえ、グーグルの量子コンピューターでは3分以上で達成したものの、スーパーコンピューターで同じ結果を2日半で達成する方法を示したIBMの研究者たちから疑問の声が上がった。

 

この目標を達成できない理論的な理由はないが、数量子ビットから数百、最終的にはさらに多くの量子ビットに移行するためには、多くの複雑なエンジニアリングが必要になるとされている。何百万ものクビットを持つ汎用量子コンピュータを作るには、エラー訂正プロトコルの開発が必要になるが、これは特に困難な問題で、解決には10年以上かかるかもしれない。しかし、完全な誤り訂正機能を持たない、いわゆるノイズの多い中間規模の量子コンピュータは、その間にも有用であることが証明されるかもしれない。

 

例えば、風力タービンや太陽電池で生産されたエネルギーを貯蔵するために、より良い電池材料を探している。このような材料は、急速に充電と放電を行うのに十分な反応性を持ちながらも、爆発や引火を回避するのに十分な安定性を持っていなければならないという、相反する性質を持っている。この反応をコンピュータでモデル化することで、このトリッキーな作業に適した理想的な材料を特定することができる。このようなモデルは、新薬の開発にも重要な役割を果たす可能性がある。

 

それでも、量子コンピューターは、化学反応をモデル化する唯一の革命的な新しい方法ではないかもしれない。人工知能が、古典的なコンピュータ上で使用可能なシミュレーションを実行するのに十分な効率的なアルゴリズムを開発する可能性があるのだ。彼の研究室では、その賭けを回避するために、ミッドレンジの量子コンピューター上で動作する新しいアルゴリズムを開発したり、新しいタイプの材料を発見するための人工知能駆動ロボットを開発したりしている。

 

 

量子電気力学における前例のない精度：

 

 

陽子荷電半径パズルの解決に向けた大きな飛躍 マックス・プランク協会、カタリーナ・ジャラ AlexeyGrininとDeryTarayは、1S-3S実験の真空システムに取り組んでいます。クレジット：Max Planck Society マックスプランク量子光学研究所の物理学者は、水素分光法を使用して量子力学をまったく新しいレベルの精度でテストしました。そうすることで、彼らはよく知られている陽子荷電半径パズルの解決にはるかに近づきました。 マックスプランク量子光学研究所（MPQ）の科学者は、小数点以下13桁までの前例のない精度で量子電気力学をテストすることに成功しました。新しい測定は、以前のすべての水素測定を組み合わせた場合のほぼ2倍の精度であり、科学を陽子サイズのパズルの解決に一歩近づけます。この高精度は、高分解能分光法で原子を励起するためにここで初めてデビューしたノーベル賞を受賞した周波数コム技術によって達成されました。結果は本日Scienceに掲載されました。 物理学は精密科学と言われています。これは、物理理論の予測（正確な数）を実験によって検証または改ざんできることを意味します。実験はあらゆる理論の最高の裁判官です。量子力学の相対論的バージョンである量子電気力学は、間違いなくこれまでで最も成功した理論です。これにより、たとえば、小数点以下12桁までの水素原子のスペクトルの記述など、非常に正確な計算を実行できます。水素は宇宙で最も一般的な元素であると同時に、電子が1つしかない最も単純な元素です。それでも、それはまだ未知の謎をホストしています。 プロトンサイズパズル 水素原子の電子は陽子のサイズを「感知」し、エネルギーレベルの最小限のシフトに反映されます。何十年もの間、水素に関する無数の測定により、一貫した陽子半径が得られてきました。しかし、電子が200倍重い双子であるミューオンに置き換えられた、いわゆるミューオン水素の分光学的調査により、謎が明らかになりました。測定は、2010年に、当時ヘンシュ教授（MPQ）のレーザー分光法部門のグループリーダーであり、現在はマインツのヨハネスグーテンベルク大学の教授であるランドルフポールと共同で実施されました。これらの実験から導き出せる陽子半径の値は、通常の水素の値よりも4パーセント小さくなっています。すべての実験が正しいと考えられる場合、すべての理論項が正しい場合、ミューオン水素と通常の水素のすべての測定は同じプロトン半径を報告する必要があるため、量子電気力学の理論と矛盾します。その結果、この「プロトン半径パズル」は、世界中で新しい精度の測定を動機付けました。ただし、GarchingとTorontoからの新しい測定では陽子半径が小さいことが確認されましたが、Parisからの測定では以前の大きい値が再びサポートされました。 この図では、陽子半径のさまざまな結果がフェムトメートル[fm]、つまりmで比較されています。通常の水素の1S-3S遷移からの新しい値は、ミューオン水素の2S-2P遷移から得られる値に近くなります。このエキゾチックな原子は、200万分の1秒という短い時間でしか生成できませんが、陽子の半径に特に「敏感」です。したがって、最小の測定誤差（水平の黒いエラーバー）が発生します。クレジット：Max Planck Society 測定値の比較 科学は独立した比較で繁栄します。そのため、テオドール・ヘンシュのレーザー分光法部門のAlexey Grinin、Arthur Matveev、Thomas Udemが率いるGarchingチームは、まったく異なる、したがって補完的な方法を使用して、パリと同じ遷移を測定したいと考えました。いわゆるドップラーフリーの2光子周波数コム分光法を使用して、精度を4倍に向上させることに成功しました。陽子半径の結果は、水素を合わせた以前のすべての測定値の2倍の精度になりました。量子力学が小数点以下13桁までチェックされるのは初めてです。このように決定された陽子半径の値は、より小さな陽子半径を確認するため、原因としての理論を除外します。同じ遷移の場合、理論に関係なく、実験結果は一致する必要があります。次の図（図1）は現在の状況を示しています。量子電気力学の妥当性の評価は、いくつかの独立した測定値を比較することによってのみ可能です。理論とその応用が当てはまり、すべての実験が正しく行われる場合、陽子半径の値は、実験の不確実性の範囲内で互いに一致する必要があります。しかし、写真でわかるように、そうではありません。この不一致の開示–陽子パズル–は、最も正確な物理理論である量子電気力学が根本的な欠陥を持っている可能性を開きました。しかし、新しい結果は、問題が基本的な性質ではなく実験的なものであることを示唆しています。そして、量子電気力学は再び成功したでしょう。 周波数コム分光法の新しいマイルストーン 青色レーザー光（410nm）は、非線形結晶を利用するパルスチタンサファイアレーザーの第2高調波として生成されます。 このプロジェクトで実行された周波数コム分光法の成功は、別の理由で科学における重要なマイルストーンを意味します。水素やその他の原子や分子の精密分光法は、これまでほとんど連続波レーザーでのみ行われてきました。対照的に、周波数コムはパルスレーザーによって生成されます。このようなレーザーを使用すると、極紫外線範囲までのはるかに短い波長に浸透することが可能です。連続波レーザーでは、これは絶望的な試みのようです。水素様ヘリウムイオンなどの非常に興味深いイオンは、このスペクトル範囲で遷移しますが、最初の量子論が開発されてから100年以上経っても、正確に研究することはできません。つまり、レーザー光です。現在提示されている実験は、この不満足な状況を変えるための重要なステップです。さらに、これらの紫外線周波数コムにより、水素や炭素などの生物学的および化学的に重要な元素をレーザーで直接冷却できるようになり、科学がそれらをさらに高精度で研究できるようになることが期待されています。

音波による空中浮揚

物理（その他）

オブジェクトを空中で踊らせて組み合わせるために必要なのは、音の流れだけです。浮上装置は、高周波音波を使用して浮遊粒子と液滴をまとめる最初の装置です。原則として、この技術は人や動物を浮揚させることさえできますが、まだ十分な強度はありません。 今のところ、このようなハンズフリー制御は、極限環境での化学反応の研究、危険物の移動、および宇宙の低重力環境のシミュレーションに使用できます。 24キロヘルツでは、波の高さが高すぎて人間には聞こえませんが、猫、コウモリ、マウスなどの一部の動物には聞こえます。 他の空中浮揚方法は、磁石または電場を使用して、磁気浮上式鉄道、さらにはカエルの空中浮揚を可能にします。しかし、これらの場合、浮上した物体は特定の磁気的または電気的特性を持っている必要があります。 音響浮揚はそのような制約を課しません。スイスのチューリッヒにあるスイス連邦工科大学（ETH）のDimos Poulikakos氏は、原則として何でも浮かせることができると述べています。 浮揚ノード 音波は力を生み出す圧力波であるため、重力に対抗する可能性があります。音を使って物を浮かせるには、空間の特定の点で力が一定に保たれるようにする必要があります。 これは以前、スピーカーまたは他の共振器を使用して圧力波を上向きに発射し、それらを反射器で跳ね返すことによって行われていました。次に、元の波とその反射が組み合わさって定在波が作成され、波が振動しても一連の静止した「ノード」が配置されたままになります。 定在波が適切な周波数を持っている場合、これらのノードでの力は重力を正確に打ち消します–そしてそこに閉じ込められたものはすべて所定の位置に浮かんでいます。 Poulikakosと彼の同僚は、さらに一歩進んで、吊り下げられたオブジェクトを移動して結合したいと考えていました。彼らは、定在波を生成し、その形状を変えることができるコンピューター制御の共振器のシステムを構築しました。波形が変化すると、ノードは徐々に移動し、トラップされたオブジェクトを一緒に運びます（図を参照）。 コーヒーメーカー チームはこのシステムを使用して、2つのオブジェクトを反応させました。ある例では、それらは、ある共振器によって浮遊しているナトリウムの粒子と、別の共振器によって浮遊している水滴から始まり、それらをまとめて、エネルギッシュなフィズのバーストを生成しました（ビデオを参照）。別の例では、彼らはこのシステムを使用して、インスタントコーヒーの顆粒を水滴と衝突させました。 「初めて、非常に制御可能でありながら非接触の方法で物質を動かすことができます」とPoulikakos氏は言います。今のところ、システムは水と同じか密度が低いものしか浮上させることができません。 （ナトリウムとコーヒーの顆粒は水よりも密度が低いため、浮きます）。 このシステムは、危険物を安全に操作したり、はるかに低コストで微小重力実験をシミュレートしたりするために使用できます。 「これからは、これを行うために宇宙に行く必要はありません。キッチンで行うことができます」とPoulikakos氏は言います。 また、液体が凝固点を下回ったときに液体がどのように反応するかを確認するなど、新しい方法で化学反応を研究するのにも役立つ場合があります。冷たい表面はすぐに固体を形成するため、これはコンテナ内では機能しませんが、液体が表面に接触しない限り、非常に低い温度でも液体を維持することができます。 浮かぶ人 このデバイスが浮揚できるオブジェクトのサイズに固有の上限はありません。人間は水よりわずかに密度が高いだけなので、人を浮かせることができるはずです。 「問題はないと思います」とPoulikakosは言います。 ただし、オブジェクトが大きいほど、必要な音波の振幅が大きくなるため、でこぼこで危険な乗り心地になる可能性があります。人がノードの外に滑り込んだ場合、振幅が大きいと上向きまたは上向きが大きくなるため、殴打する可能性があります。下向きの力。 「人間が音響力に耐えられるかどうかは、100％確信が持てません」とPoulikakos氏は言います。 英国のブリストル大学のブルース・ドリンクウォーターは、「彼らはいくつかの特別な美しい結果をもたらしました」と感銘を受けました。彼は、このシステムを使用して、壊れやすい電子機器や生体細胞などの繊細な物体を輸送する可能性に興奮しています。 ジャーナルリファレンス：米国科学アカデミー紀要、DOI：10.1073 / pnas.1301860110 Read more: https://www.newscientist.com/article/dn23870-sound-waves-levitate-and-mix-floating-drops-of-liquid/#ixzz6ijvvxdLG

超電導の最先端（高圧をかける）

物理（その他）

超電導は、摂氏マイナス23度（華氏マイナス9度）の記録的な高温で達成されました。これは、以前に確認された記録と比較して約50度のジャンプです。これは、海面大気の150万倍の高圧で行われました。 ドイツのマックスプランク化学研究所の研究者は、シカゴ大学の研究者と協力して、ランタン超水素化物と呼ばれるこれらの材料の1つを作成し、その超伝導をテストし、その構造と組成を決定しました。 唯一の問題は、材料を非常に高い圧力（150〜170ギガパスカル、海面での圧力の150万倍以上）に置く必要があるということでした。これらの高圧条件下でのみ、材料（直径わずか数ミクロンの小さなサンプル）が新しい記録的な温度で超伝導を示しました。 実際、この材料は、超伝導を証明するために必要な4つの特性のうち3つを示しました。電気抵抗を下げ、外部磁場下で臨界温度を下げ、一部の元素を別の同位体に置き換えると温度変化を示しました。材料が磁場を放出するマイスナー効果と呼ばれる4番目の特性は検出されませんでした。これは、材料が非常に小さいため、この効果を観察できなかったためです。 彼らは、アルゴンヌ国立研究所のAdvanced Photon Sourceを使用しました。これは、より優れたバッテリーから地球の深部内部の理解まで、あらゆる分野で画期的な進歩をもたらした超高輝度、高エネルギーのX線ビームを提供して材料を分析しました。実験では、シカゴ大学の高度放射線源センター内の研究者が、2つの小さなダイヤモンドの間にある材料の小さなサンプルを絞り、必要な圧力をかけ、ビームラインのX線を使用してその構造と組成を調べました。 実験を行うために使用される温度は、世界の多くの場所の通常の範囲内であるため、室温の最終目標、つまり少なくとも摂氏0度が到達可能であるように見えます。 チームはすでに、より合理的な条件下で超伝導を生み出すことができる新しい材料を見つけるために協力し続けています。 「私たちの次の目標は、サンプルの合成に必要な圧力を下げ、臨界温度を周囲温度に近づけ、おそらく高圧で合成できるが、常圧では超伝導であるサンプルを作成することです」とプラカペンカ氏は述べています。 「私たちは、新しい、そしてしばしば予期しない発見をもたらす、新しくて興味深い化合物を探し続けています。」 自然–高圧下の水素化ランタンにおける250Kでの超伝導 ????3¯??内の約250ケルビンの臨界温度での超伝導約170ギガパスカルの圧力でのLaH10の構造。これは、私たちの知る限り、超伝導材料でこれまでに確認された最高の臨界温度です。超伝導は、ゼロ抵抗、同位体効果、および外部磁場下での臨界温度の低下の観察によって証明されました。これは、ゼロ温度で約136テスラの上限臨界磁場を示唆しました。以前の最高臨界温度1と比較して約50ケルビンの上昇は、近い将来に室温超伝導を達成するという目標に向けた有望なステップです。 出典-シカゴ大学ネイチャー