小坂研（横浜国立大学）：ダイヤモンドの中の小さな「傷」に、光の情報を写し取る。量子の通信を遠くまでつなぐことをめざす研究室

2026年10月14日

大学の光学実験室で、オレンジ色のレーザー用ゴーグルをかけ、ピンセットでつまんだ小さなダイヤモンドの板を見つめる女子大学院生。「ダイヤの傷が」「光を記憶する」「横浜国立大学」の文字。

ダイヤモンドは、炭素の原子がきれいに並んだ宝石です。ところが、その並びの中に、炭素が1つ抜けた「穴」と、炭素の代わりに入った窒素がペアになった、ごく小さな「傷」ができることがあります。

横浜国立大学の小坂英男こさかひでお先生の研究室は、この小さな傷を使って、光が運んできた「量子の情報」を受け取り、記憶する研究をしています。めざしているのは、遠く離れた量子の機械どうしをつなぐ「量子インターネット」です。今回は、SF映画でおなじみの言葉「テレポーテーション」が、実際の研究ではどういう意味なのかも、言い過ぎずに紹介します。

ひとことで言うと、何の研究？

科学館のガラスケースの前で、虫めがね越しに光る宝石の原石をのぞきこみ、目を丸くする館山中の男子。

小坂先生の研究をひとことで言うと、ダイヤモンドの中の小さな傷を「量子の情報の受け取り口と記憶装置」にして、量子の通信を遠くまで届ける研究です。

言葉	中学生向けに言うと
量子	光の粒（光子）や電子のような、とても小さなもの。ふつうの物とはちがうルールで動く
NV中心	ダイヤモンドの中で、炭素が1つ抜けた穴（空孔）と、となりの窒素がペアになった小さな傷。英語の Nitrogen（窒素）と Vacancy（空孔）の頭文字
量子メモリー	量子の情報を、こわさずにしばらく保存しておく「記憶装置」
量子中継	遠くまで量子の情報を届けるための「中継ぎ」。この研究室の大きなテーマ

出典：横浜国立大学小坂研究室「概要」「研究内容」、科学技術振興機構（JST）・横浜国立大学共同発表（2019年6月28日）。中学生向けの言い方は坂本が言い換えた

研究室の説明によると、ダイヤモンドのこの傷は量子の状態を「秒単位」で、そのまわりにある特別な炭素は「分単位」で保存できる記憶装置になります。量子の世界では、1秒でも長い時間です。

「テレポーテーション」は、物が飛んでいく話ではない

学校の図書室で、SF小説を胸の前に持ったまま、腕を組みかけて首をかしげ、眉を寄せる安房高の男子。

小坂先生の研究のキーワードは「量子テレポーテーション」です。テレポーテーションと聞くと、人や物が一瞬で別の場所に移動する、SFの瞬間移動を思い浮かべるかもしれません。でも、実際の研究で送られるのは、人でも物でもありません。

ここでクイズです。まず自分で考えてから、下の答えを開いてください。

坂本

量子テレポーテーションで、相手に届くのはどれでしょう？ ①光の粒そのもの ②光の粒が持っていた「状態」（情報） ③光の粒のコピー

答えと考え方

答えは②です。届くのは、光の粒が持っていた「状態」だけです。光の粒そのものは移動しません。

③のコピーでもありません。量子の状態は、そっくりなコピーを作れないことが分かっています。写し取ると、元の光の粒の状態はなくなります。「写す」より「引っ越す」に近いイメージです。

もう1つ大事なこと。量子テレポーテーションでは、送り手が測った結果を、ふつうの通信（電話やネットと同じ、光より速くならない方法）で相手に伝えないと、受け手は正しい状態を取り出せません。だから、光より速く情報を送れるわけではありません。

図解。光の粒（光子）からダイヤの中の電子を通って、炭素の記憶へ「状態だけを写す」流れ。光子の元の状態は消える。「送るのは、物ではなく状態」の文字。

ダイヤモンドの中で、光の情報を炭素に写した

2019年、小坂先生と大学院生たちは、ダイヤモンドに届いた光の粒の情報を、NV中心のそばにある特別な炭素（ふつうより中性子が1つ多い炭素。天然のダイヤモンドに約1%ある）に写し取ることに成功しました。発表では「世界初」とされています。

やり方は3つの手順です。

先に、炭素と電子に「量子もつれ」という特別なつながりを作っておく
光の粒を電子に吸収させ、光と電子が決まった組み合わせになっているかどうか（はい／いいえ）だけを調べる
「ある」だったときだけ、光の粒の情報が炭素に写ったと分かる

光の粒や炭素の情報そのものは調べないので、情報をこわさず、外にもらさずに写せるのがポイントです。実験はマイナス268℃ほど（5ケルビン）の低温で行われました。写した距離は、ダイヤモンドの中のごく短い距離です。遠くへ送るのは、次の節の話になります。

出典：JST・横浜国立大学共同発表（2019年6月28日）、論文：鶴本さん・小坂先生ほか Communications Physics（2019年）

光は100kmほどで届かなくなる。だから「中継ぎ」がいる

夕方、南房総の海岸の堤防の上で、太平洋の水平線を遠く見つめて考えこむ志学館高の男子。

いまの光ファイバーの通信でも、光は進むうちに少しずつ弱くなります。ふつうの通信なら、途中で光を強くし直せます。ところが、ふつうの光の増幅器では、量子の情報を運ぶ光を、性質を保ったまま強くすることができません。

出典：JST・横浜国立大学共同発表（2019年6月28日）注3、情報通信研究機構（NICT）「NICT NEWS」2013年7月号

研究室の説明では、光の粒が光ファイバーで届くのはせいぜい100kmほどまでです。それより遠くへ量子の情報を送るには、途中で中継ぎが必要になります。

方法	遠くまで送るには
ふつうの光通信	途中で光を強くし直す
量子の通信	強くし直せない。途中の「量子中継器」で、量子テレポーテーションを使ってリレーしていく

出典：横浜国立大学小坂研究室「研究内容」

小坂先生たちがダイヤモンドを使うのは、この量子中継器を作るためです。光の情報を受け取り、記憶し、また光に乗せて次へ送り出す。その「中継ぎの駅」を、ダイヤモンドの中の小さな傷で作ろうとしています。

坂本

房総にも、通信の「玄関口」があります。南房総市の千倉には、アメリカやアジアとつながる海底ケーブルが陸に上がる施設があります（KDDIが2014年に開設）。今の海底ケーブルはふつうの光通信。量子の通信を海の向こうまで届けるには、まだ大きな壁があるということです。

2026年、中継ぎの「駅」1つ分の動きを確かめた

2026年8月、研究室は新しい論文を公開しました。1つのNV中心の中で、受け取った光の情報を記憶に移し、それを新しく出す光に乗せ直すという、量子中継器の「駅」1つ分の動きを通して確かめた、という内容です。駅1つ分の動き全体として、正しく写せた度合い（忠実度）は78%でした。

この論文は、ほかの研究者のチェック（査読）を受ける前の段階で公開されたものです。駅と駅を本当に遠くでつなぐのは、これからの研究です。

出典：Fujiwara・関口ほか（最後に小坂先生）「Absorption-emission quantum repeater using diamond quantum memories」arXiv（2026年8月、査読前）、小坂研究室「ニュース」（2026年8月19日）

動画で見る

この動画は、小坂先生がセンター長をつとめる「量子情報研究センター」の紹介です。英語の動画ですが、研究や実験の様子が映ります（約5分）。研究の中身はこの記事の文章で読んでください。

動画：WebsEdgeScience「Inside Japan’s Quantum Future: Fostering Innovation & Connecting Minds at QIC」（2025年。小坂研究室のホームページでも紹介されているもの）

量子コンピュータとの関係は「つなぐ係」

暗い実験室で、レーザー用のゴーグルをかけ、レーザーの光の通り道より上から鏡の角度を調整する男子大学院生。

量子コンピュータの話もよく聞くようになりました。小坂研究室は量子コンピュータの研究もしていますが、特に力を入れているのは、量子コンピュータどうしを光でつなぐ部品です。

有力な量子コンピュータの1つは、超伝導を使って、電波の仲間（マイクロ波）で動きます。一方、遠くへ運ぶのが得意なのは光です。この2つのあいだで、量子の情報をこわさずに受け渡す「通訳」のような部品（量子インターフェース）を、ダイヤモンドを使って研究しています。

年	できごと
2020年	国の大型研究「ムーンショット型研究開発事業」で、量子コンピュータをつなぐ部品の開発プロジェクトのリーダーに
2022年	ダイヤモンドの中にたくさん並んだ量子の記憶から、光で1つを選び、それだけを操作する方法の原理を実証（発表では「世界初」）
2025年	国の研究費（科研費の基盤研究A）で、小さな量子と大きな量子のあいだで情報を変換する研究を開始（2029年度まで）
2026年	応用物理学会の「フェロー」に選ばれる（光・電子スピンなどの量子の情報の変換に関する研究で）

出典：小坂研究室「概要」「ニュース」、横浜国立大学プレスリリース（2022年7月）、KAKEN（科研費データベース）

どれも、量子コンピュータや量子インターネットを「実現するための部品や原理」を確かめている段階です。完成した量子インターネットが使われているわけではありません。

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この研究室に入るには

小坂先生は、理工学部数物・電子情報系学科の「物理工学教育プログラム（EP）」の教授です。入口は横浜国立大学理工学部数物・電子情報系学科物理工学EPです。キャンパスは横浜市保土ケ谷区の常盤台キャンパスです。

大学	学部・学科	偏差値
横浜国立大学	理工学部数物・電子情報系学科物理工学EP	62.5

出典：河合塾「2027年度入試難易予想ランキング表」。偏差値は河合塾のボーダー偏差値

学科の名前に「量子」も「ダイヤモンド」も入っていません。物理工学EPでは、1・2年生で力学・電磁気学・量子力学などの物理の基礎をしっかり学びます。小坂先生も、2026年度は学部の基礎の授業「電磁気学Ⅰ」「基礎力学Ⅱ」を受け持っています。

入学したときにEPが決まり、4年間そのEPで学びます。2年生に上がるときに、同じ学科の別のEPへ移りたいと1回だけ申し出ることもできますが、成績が考慮され、人数にも限りがあります。なお、物理工学EPは推薦やAOの入試を行っていません（一般選抜などで入ります）。

出典：横浜国立大学物理工学EP「学部・入試情報」「カリキュラムの特徴」、横浜国立大学研究者総覧「小坂英男」（2026年9月更新）

1年生から研究室に入れる「ROUTE」

横浜国立大学の理工学部には、1〜3年生が早いうちから研究室の研究に加われる「ROUTE」というしくみがあります。小坂研究室もROUTEの学生を受け入れていて、2年生からROUTEで参加し、大学院まで進んで量子コンピュータを研究した先輩もいます。

卒業後は、物理工学EPの学生の大半が大学院に進み、就職するのは20〜30%です。大学院（修士）を出た先輩の就職先には、通信会社や電機メーカー、IT企業が並びます。

出典：小坂研究室「配属希望の学生へ」、横浜国立大学物理工学EP「学部卒業後の就職」「大学院修了後の就職と進路」

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