赤血球を1ナノメートル移動させるゼロジュールを下回るエネルギーの計測方法 (Researchers measure energy below a zeptojoule–enough for a red blood cell to move a nanometer)

2026-05-12 フィンランド・アールト大学

フィンランドのアールト大学の研究チームは、ゼプトジュール(10⁻²¹ジュール)を下回る極めて微小なエネルギーを高精度で測定する技術を開発した。測定可能なエネルギーは、赤血球を約1ナノメートル動かすのに相当するほど小さく、量子物理学におけるエネルギーゆらぎの検出限界を大きく前進させた。研究では、超伝導回路を用いた高感度なマイクロ波共振器と高度な量子計測技術を組み合わせることで、従来よりも微弱なエネルギー変化を検出することに成功した。この成果は、熱雑音や量子雑音に近い領域での精密測定を可能にし、量子コンピュータや量子センサーの性能向上、基礎物理学における量子現象の解明などへの応用が期待される。また、極微小エネルギーを扱う実験の高精度化を通じて、次世代の量子計測技術や超高感度センサーの開発にも貢献すると考えられる。

赤血球を1ナノメートル移動させるゼロジュールを下回るエネルギーの計測方法 (Researchers measure energy below a zeptojoule–enough for a red blood cell to move a nanometer)
The signal traveled through a combination of metals arranged with tiny gaps between them. Illustration: Ella Maru Studio.

<関連情報>

ゼプトジュール熱量測定 Zeptojoule calorimetry

András Márton Gunyhó,Kassius Kohvakka,Qi-Ming Chen,Jean-Philippe Girard,Roope Kokkoniemi,Wei Liu & Mikko Möttönen
Nature Electronics  Published:12 May 2026
DOI:https://doi.org/10.1038/s41928-026-01615-2

Abstract

The measurement of energy is a fundamental tool used in quantum technology and computing. Some of the most sensitive energy detectors—bolometers and calorimeters—are thermal, meaning that they operate by absorbing incoming energy, converting it into heat and reading out the resulting temperature change electrically using a thermometer. Recently, superconductor–normal-conductor–superconductor radiation sensors with metallic and graphene absorbers haven been predicted to be capable of full-width at half-maximum energy resolutions of 0.75 zJ and 0.05 zJ, respectively. However, these estimates are only mathematically extracted from steady-state noise and responsivity measurements. Here we show that a metallic superconductor–normal-conductor–superconductor sensor can be used for zeptojoule calorimetry. With the approach, we measure the energy of 1-μs-long 8.4-GHz microwave pulses with a full-width at half-maximum energy resolution finer than 0.95 ± 0.02 zJ (=5.9 ± 0.12 meV) corresponding to 170 photons at 8.4 GHz. The technique provides a potential path to real-time calorimetric detection of single photons in the 10-GHz range.

1701物理及び化学
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