NSF、カリフォルニア大学サンディエゴ校に1800万ドルを助成、量子材料の研究開発を推進
米国国家科学財団（NSF）はこのほど、カリフォルニア大学サンディエゴ校（UC San Diego）に対し、6年間・総額1800万ドルの助成（番号：NSF Award #2614051）を授与し、新しい材料研究科学工学センター（MRSEC）を設立すると発表した。このセンターは先進量子材料の開発に焦点を当てており、NSFの総額1億800万ドルに上る国家材料イニシアチブの一部である。このイニシアチブは同時に、プリンストン大学、ハーバード大学、コロンビア大学、マサチューセッツ工科大学、ネブラスカ大学リンカーン校など6大学のMRSECセンターを支援し、量子メタマテリアル、ソフトマター、マイクロエレクトロニクスなどの分野における最先端研究を共同で推進する。
生体材料から量子技術ハードウェアへ
UC San Diegoにとって、2026年から2032年までのこの助成は、2020年に初めてMRSECの助成を受けた同校に対する競争的更新である。今回の更新により、センターの中核的使命は生体材料とポリマー化学から、基礎的な量子技術ハードウェアへと転換する。同センターはジェイコブス工学部と物理科学部が共同で主導し、カリフォルニア大学アーバイン校、カリフォルニア大学ロサンゼルス校、カリフォルニア大学サンタバーバラ校などの地域パートナーと連携して研究を実施する。センターは、実験および計算研究の取り組みを2つの主要な方向性に沿って組織している。
方向性1：全光処理のための量子メタマテリアル
この方向性は、電気・コンピュータ工学教授のZhaowei Liu氏と物理学教授のRichard Averitt氏が共同で主導する。研究チームは、古典的な設計規則を超えたナノスケールの工学的構造に焦点を当て、量子力学的効果を利用して新機能を実現する。ボトムアップの化学的自己組織化技術により、チームはナノスケールの光トラップとプラズモニック構造を製造し、超高速赤外光パルスを可視光に変換することができる。その変換効率は従来の金属構造より1000倍以上高い。これらの超コンパクトで高速スイッチング可能な構造は、全光量子信号処理、ナノフォトニクス、低遅延AIコンピューティングインフラストラクチャへの応用を目的としている。
方向性2：化学的にカスタマイズされた二次元超格子材料
この方向性は、化学教授のJoshua Figueroa氏と物理学教授のMonica Allen氏が共同で主導する。研究チームは、原子レベルの厚さを持つ二次元材料における電子の量子状態の制御に注力している。有機金属ビルディングブロックを合成して構造化された多層超格子を構築することで、チームは電子の動きを特定の量子秩序経路に制限することができる。低温マイクロ波イメージング技術を用いて、チームはトポロジカル絶縁体、二次元超伝導体、層状半導体における電子相を研究し、低消費電力の量子エレクトロニクスと信頼性の高い量子ビット相互接続を開発する。
高性能モデリングと人材育成インフラストラクチャ広大な化学探索空間における合成のボトルネックを克服するため、センターはデータ駆動型の予測モデリング能力を統合し、ナノエンジニアリング教授Tod Pascalが率いるメソスケール材料設計計算施設を通じて実現している。この施設はサンディエゴ超計算センター（SDSC）と協力し、第一原理量子シミュレーションに基づく機械学習アルゴリズムを利用して、候補となる超格子およびメタマテリアル構造をスクリーニングし、実験的な合成サイクルを加速している。
さらに、センターは商業テスト用の材料特性評価施設（MCF）の管理も担当し、「材料科学工学の没入型研究体験」（RIMSE）プログラムを運営している。これはNSFが資金提供する人材育成プログラムであり、編入学生、大学院研究員、産業パートナーに先進的な量子実験室機器と計算手法のトレーニングを提供することを目的としている。
この助成金は量子材料分野の発展を力強く推進し、将来の量子コンピューティングと電子技術の基盤を築くものとなる。各方向の技術的詳細と公式発表については、NSFおよびUCサンディエゴの公式情報を参照されたい。