理化学研究所（理研），大阪大学，東京大学らの共同研究グループは，超伝導体中の電子対，「クーパー対」を構成する2つのもつれた電子を2つの量子ドットへそれぞれ分離し，その後，別の超伝導体の中で再び結合させて検出することに成功した（ニュースリリース）。

このことにより，空間的に離れた2個の電子の間に非局所性の量子もつれ（非局所量子もつれ）が存在することを初めて確認した。

もつれた対状態にある2つの粒子は，空間的に離れていても，1つの粒子に対する測定が，瞬時に残りの粒子に影響する。この現象は量子状態の情報を長距離伝送する量子テレポーテーションの実験などで実証されている。

こうした実験の鍵は，もつれた粒子対をどのように生成するかという点にある。しかし，これまで，非局所量子もつれを固体デバイス中で実現するのは困難だとされてきた。これは，固体の中の電子は乱れた環境にあり，もつれ電子対を1つだけ生成し，それを空間分離することが難しいため。

共同研究グループは，超伝導体中のクーパー対から1つのもつれ電子対を取り出し，電子対を構成する2つの電子を2つの量子ドットへそれぞれ分離する新しいナノデバイスを開発した。

具体的には，2つの電子がもつれ状態を維持していることを実証するためにガリウムヒ素（GaAs）基板上に半導体インジウムヒ素（InAs）の島状構造からなる2つの量子ドットを作製した。

2つの量子ドットを並列に配置し，その両端にアルミニウム電極を取り付けた。測定温度の30ミリケルビンではアルミニウム電極は超伝導になっている。この素子を流れる電流は単一電子ではなく，非散逸な超伝導電流として，クーパー対すなわち，もつれ電子対により運ばれる。

それぞれの量子ドットは大きさが十分に小さいので，1つのドットを2つの電子が同時に占有しにくくなる。その結果，優先的に2つのドットにクーパー対の2つの電子が分離する過程を介して，超伝導電流が流れるようになる。このクーパー対の非局所性のトンネル効果は，超伝導電流の測定により確認できる。

実験の結果，超伝導電流が観測され，これにより2つの電子が空間分離して各ドットをトンネル（通過）する間，もつれ状態を維持していることが実証された。さらにゲート電極でそれぞれの量子ドットを独立に制御して，各ドットの単一電子トンネルを実効的にオン／オフすることで，非局所伝導のオン／オフにも成功した。

量子もつれは，量子計算機や量子通信のシステムを構築するために基盤となる概念であり，もつれ電子対の生成を実現することは非常に重要になる。今回の研究の結果は電子もつれ対の発生器を実現したもので，固体素子中で量子もつれを研究する新しい機会を拓くという点で画期的な成果だとしている。

研究グループではこの成果をさらに発展させ，量子計算や量子テレポーテーションによるチップ上の量子通信に必要な，“オンデマンド”非局所スピンもつれ電子対の発生器を実現することを次の目標にしている。

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