2013 Fiscal Year Annual Research Report
Project Area | Quantum cybernetics - interdisciplinary studies of quantum controls and developments toward quantum computing |
Project/Area Number |
21102004
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Research Institution | Osaka University |
Principal Investigator |
北川 勝浩 大阪大学, 基礎工学研究科, 教授 (20252629)
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Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
工位 武治 大阪市立大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (10117955)
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Project Period (FY) |
2009-07-23 – 2014-03-31
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Keywords | 量子情報 / パルス磁気共鳴 / 分子スピン / スピン増幅 / ハミルトニアンエンジニアリング / トポロジカル量子誤り訂正 / 量子シミュレーション / 動的核偏極 |
Research Abstract |
動的デカップリングのために以前考案した数値的最適化法により選択平均パルスを作成し、従来のNMR分光で用いられている多重パルス系列より高忠実度であることを示した。また核スピン間の相互作用をスピンスクイージングや磁気相転移の量子シミュレーションに用いることができるハミルトニアンに実効的に変化させるパルスを設計した。 量子情報をトポロジカルに保護する新規の理論を考案し、それをスケーラブルに実装するための分子系とその合成法を検討した。 量子アニーリングの研究者との共同研究により回転座標系の断熱消磁と量子アニーリングの類似性を見出した。また核スピンを用いた量子シミュレーションの実現のための装置を構築し、その系において高偏極化に成功した。 光励起三重項状態を用いた動的核偏極において、新たに薄膜状およびガラス状の物質の高偏極化に成功し、バルク単結晶にドープが困難な分子を高偏極化できることを示した。 分子スピンを人為的に制御する分子量子技術を開拓するために、分子の電磁気学的性質が最適化された分子スピンを合成し、量子計算の実現に不可欠な2量子ビット「制御NOT」ゲートが働く最小のスピン量子コンピュータモデル系を実証した。量子コンピュータの実現には個別にアクセスできる多数の量子ビットが必要であるが、その代わりに少ない量子ビットを1次元的、かつ周期的に配列するアプローチがある。この方法を確立するためにDNA二重螺旋構造体に安定な分子スピンを複数導入した系を設計・合成し、スピン局所構造を同定する実験的・理論的方法論を確立した。分子スピンの量子サイバネティクスでは、分子内のスピン系の部分あるいは全体制御には、複数のパルスマイクロ波、ラジオ波周波数の相互位相などを自在に制御できるスピン操作が要素技術として不可欠であり、本事業でこの要素技術を汎用性の高いマイクロ波バンド帯で理論的・実験的に実現した。
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Current Status of Research Progress |
Reason
25年度が最終年度であるため、記入しない。
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Strategy for Future Research Activity |
25年度が最終年度であるため、記入しない。
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Research Products
(88 results)
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[Journal Article] Preparation and Magnetic Properties of Metal-Complexes from N-t-Butyl-N-oxidanyl-2-amino-(nitronyl nitroxide)2014
Author(s)
T. Furui, S. Suzuki, M. Kozaki, D. Shiomi, K. Sato, T. Takui, K. Okada, E. V. Tretyakov, S. E. Tolstikov, G. V. Romanenko, and V. I. Ovcharenko
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Journal Title
Inorg. Chem.
Volume: 53
Pages: 802-809
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Pulsed electron spin nutation spectroscopy for weakly exchange-coupled multi-spin molecular systems with nuclear hyperfine couplings: a general approach to bi- and triradicals and determination of their spin dipolar and exchange interactions2013
Author(s)
K. Ayabe, K. Sato, S. Nakazawa, S. Nishida, K. Sugisaki, T. Ise, Y. Morita, K. Toyota, D. Shiomi, M. Kitagawa, S. Suzuki, K. Okada, and T. Takui
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Journal Title
Molecular Physics
Volume: 111
Pages: 2767-2787
DOI
Peer Reviewed
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[Presentation] Organic Open-Shell Systems as Models for Molecular Spin Quantum Computers and Spin Manipulation by Pulsed ESR Technology2013
Author(s)
Kazunobu Sato, Shigeaki Nakazawa, Ayaka Tanaka, Tomohiro Yoshino, Kenji Sugisaki, Shinsuke Nishida, Tomoaki Ise, Yasushi Morita, Kazuo Toyota, Daisuke Shiomi, Masahiro Kitagawa, and Takeji Takui
Organizer
The 5th JCS International Symposium on Theoretical Chemistry
Place of Presentation
Todai-ji Culture Center, Nara, Japan
Year and Date
20131202-20131206
Invited
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[Presentation] Synthesis and Properties of 4,4',4''-Tri(methylthio)trioxytriphenylamine: Neutral and Cationic States2013
Author(s)
Shuichi Suzuki,Toshiro Ezaki, Masato Kuratsu, Atsuki Nagata, Masatoshi Kozaki, Daisuke Shiomi, Kazunobu Sato, Takuji Takui, Keiji Okada
Organizer
The Seventh Japanese-Russian Workshop on Open Shell Compounds and Molecular Spin Devices
Place of Presentation
Awaji, Hyogo, Japan
Year and Date
20131117-20131120
Invited
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[Presentation] NN-M Radical-Metalloids: Synthesis, Structures, and Properties2013
Author(s)
Ryu Tanimoto, Hiroyuki Yokoi, Xun Zhang, Shuichi Suzuki, Masatoshi Kozaki, Daisuke Shiomi, Kazunobu Sato, Takeji Takui, and Keiji Okada
Organizer
The Seventh Japanese-Russian Workshop on Open Shell Compounds and Molecular Spin Devices
Place of Presentation
Awaji, Hyogo, Japan
Year and Date
20131117-20131120
Invited
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[Presentation] Quantum Manipulation of Electron and Nuclear Spins by Pulsed ESR Technique for Molecular Spin Quantum Computers: Development of Coherent Multi-Frequency Spectroscopy2013
Author(s)
Kazunobu Sato, Shigeaki Nakazawa, Ayaka Tanaka, Tomohiro Yoshino, Kenji Sugisaki, Shinsuke Nishida, Tomoaki Ise, Yasushi Morita, Kazuo Toyota, Daisuke Shiomi, Masahiro Kitagawa, and Takeji Takui
Organizer
The Seventh Japanese-Russian Workshop on Open Shell Compounds and Molecular Spin Devices
Place of Presentation
Awaji, Hyogo, Japan
Year and Date
20131117-20131120
Invited
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[Presentation] Molecular structures and double quantum transitions of a ground-state triplet iminonitroxide-nitroxide diradical as studied by CW-ESR/pulsed ESR spectroscopy2013
Author(s)
S. Nakazawa, M. Kawamori, K. Sugisaki, K. Toyota, D. Shiomi, K. Sato, K. Omukai, T. Furui, M. Kuratsu, S. Suzuki, M. Kozaki, K. Okada, and T. Takui
Organizer
The Seventh Japanese-Russian Workshop on Open Shell Compounds and Molecular Spin Devices
Place of Presentation
Awaji, Hyogo, Japan
Year and Date
20131117-20131120
Invited
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[Presentation] Electron-nuclear spin states of a molecular spin qubit model as studied by single crystal ELDOR-NMR spectroscopy2013
Author(s)
Ayaka Tanaka, Kazunobu Sato, Tomohiro Yoshino, Shinsuke Nishida, Shigeaki Nakazawa, Robabeh Rahimi, Kazuo Toyota, Daisuke Shiomi, Yasushi Morita, Masahiro Kitagawa, and Takeji Takui
Organizer
The Seventh Japanese-Russian Workshop on Open Shell Compounds and Molecular Spin Devices
Place of Presentation
Awaji, Hyogo, Japan
Year and Date
20131117-20131120
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[Presentation] A study of fine-structure tensors and double quantum transitions of nitroxide-substituted iminonitroxide diradicals in magnetically diluted single crystals2013
Author(s)
Shigeaki Nakazawa, Moeko Kawamori, Kenji Sugisaki, Kazuo Toyota, Daisuke Shiomi, Kazunobu Sato, Kosuke Omukai, Takanori Furui, Masato Kuratsu, Shuichi Suzuki, Masatoshi Kozaki, Keiji Okada, Takeji Takui
Organizer
The 1st Awaji International Workshop on Electron Spin Science & Technology: Biological and Materials Science Oriented Applications (1st AWEST 2013)
Place of Presentation
Awaji, Japan
Year and Date
20130616-20130618
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[Presentation] Nitrogen Nuclear Spin Manipulation on a Stable Nitroxide Radical in terms of ELDOR-NMR Technique2013
Author(s)
Ayaka Tanaka, Kazunobu Sato, Tomohiro Yoshino, Shinsuke Nishida, Shigeaki Nakazawa, Robabeh Rahimi, Kazuo Toyota, Daisuke Shiomi, Yasushi, Morita,Masahiro Kitagawa,Takeji Takui
Organizer
The 1st Awaji International Workshop on Electron Spin Science & Technology: Biological and Materials Science Oriented Applications (1st AWEST 2013)
Place of Presentation
Awaji, Japan
Year and Date
20130616-20130618
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[Presentation] Structure determination of a spin-labeled DNA duplex by pulse ELDOR experiments and molecular mechanics calculations2013
Author(s)
Satoru Yamamoto, Shigeaki Nakazawa, Kenji Sugisaki, Hiroshi Atsumi, Kensuke Maekawa, Kazunobu Sato, Kazuo Toyota, Daisuke Shiomi, Kazuhiko Nakatani, Masahiro Kitagawa and Takeji Takui
Organizer
The 1st Awaji International Workshop on Electron Spin Science & Technology: Biological and Materials Science Oriented Applications (1st AWEST 2013)
Place of Presentation
Awaji, Japan
Year and Date
20130616-20130618
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[Presentation] ESR double quantum transitions revisited: a ground-state triplet nitroxide diradical with sizable ZFS as studied by single-crystal CW/Pulsed ESR spectroscopy2013
Author(s)
S. Nakazawa, M. Kawamori, K. Sugisaki, K. Toyota, D. Shiomi, K. Sato, T. Furui, M. Kuratsu, S. Suzuki, M. Kozaki, K. Okada, and T. Takui
Organizer
The 46th Annual International Meeting of the ESR Spectroscopy Group of the Royal Society of Chemistry
Place of Presentation
University of Warwick, UK
Year and Date
20130407-20130411
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[Presentation] Spin amplification with hyperpolarized nuclei
Author(s)
M. Negoro
Organizer
The 11th US-Japan Joint Seminar on Quantum Electronics and Laser Spectroscopy “Ultimate Quantum Systems of Light and Matter- Control and Applications”
Place of Presentation
Nara Prefectural New Public Hall, Nara, Japan
Invited
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[Presentation] 光励起三重項電子を用いたDNPによる室温下での偏極率30%の達成
Author(s)
立石健一郎, 根来誠, 西田辰介, 香川晃徳, 工位武治, 森田靖, 北川勝浩
Organizer
第53回 固体NMR・材料フォーラム,7,, 産業技術総合研究所 臨海新都心センター
Place of Presentation
東京都, 産業技術総合研究所 臨海新都心センター
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[Patent(Industrial Property Rights)] 量子誤り訂正方法, 量子誤り訂正装置, および, 量子情報格納装置2013
Inventor(s)
根来誠, 北川勝浩, 森田靖, 西田辰介, 藤井啓祐
Industrial Property Rights Holder
根来誠, 北川勝浩, 森田靖, 西田辰介, 藤井啓祐
Industrial Property Rights Type
特許
Industrial Property Number
5376482
Filing Date
2013-06-11
Acquisition Date
2013-10-04