由九州大學研究生院工學研究院的山内朗生（研究生）、田中健太郎（研究當時爲研究生）、楊井伸浩副教授、九州大學理學研究院的宮田潔志副教授、神戶大學分子成像科學研究中心等組成的研究團隊發佈研究成果稱，首次在室溫下成功觀測到了五重態的量子相干性。研究還明確了透過將色料高密度整合到金屬有機框架（MOF）中，可產生五重態，即使在室溫下其量子相干性也能維持在100ns（奈秒）以上。該成果有望促進實施超高靈敏度量子感測。相關成果發表於美國科學促進會的國際學術期刊《Science Advances》1月3日號上。
圖：單重態分裂模式圖（供圖：九州大學楊井副教授）。當1個色料分子被激發時，能量在附近的2個分子之間共用，從而生成2個三重態，在此程序中生成五重態。
量子計算和量子感測等量子技術最基本的構成要素是量子位元，利用分子中電子自旋的分子性量子位元具有能夠精確控制化學結構的優點。
用光照射有機色料分子而產生的激發態包括2個電子自旋方向相反並且相互抵消的激發單重態和不相互抵消的激發三重態。
單重態分裂是1個分子的激發單重態生成2個激發三重態的現象，在此程序中會生成一種被稱爲五重態的特殊自旋態。因五重態有4個自旋極化（分裂能階的其中一個被自旋大量佔據的狀態=自旋方向一致的狀態）的電子自旋，因此有望應用於比使用單一電子自旋的普通量子位元更高級的4量子位元。
此次，研究團隊首次成功在室溫條件下觀測到了單重態分裂生成的五重態的量子相干性。
研究人員將引起單重態分裂的代表性色料稠五苯的衍生物作爲配體以高密度導入被稱爲MOF的具有剛性構造的奈米多孔材料中，將色料運動控制在最小限度，並透過脈衝電子自旋共振（ESR：透過向在磁場中根據自旋方向發生能階分裂的電子自旋照射微波來獲取電子自旋資訊的方法）測量，在室溫下首次觀測到了五重態的量子相干性。
此外，透過考慮自旋運動分子取向變化的量子類比再現測量結果後發現，色料部分的運動性受到抑制，色料間取向變化較小的MOF的骨架晶格振動有助於五重態的生成和量子相干性的維持。
這些發現揭示了利用五重態的量子相干性時，什麼樣的材料設計是重要的。
楊井伸浩副教授表示：「今後，我們的目標是透過將更雜異化的分子性量子位元與多孔配位聚合體相結合，實施高靈敏度和高選擇性的化學量子感測。透過利用分子性材料精確的結構控制和可賦予多孔性的優點，希望能在即將到來的量子時代爲材料化學發揮積極作用開闢一席之地。」
原文：《科學新聞》
翻譯：JST客觀日本編輯部
【論文資訊】
雜誌：Science Advances
論文：Room-temperature quantum coherence of entangled multiexcitons in a metal-organic framework
DOI：10.1126/sciadv.adi3147
