2015 Fiscal Year Annual Research Report
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15H03765
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
松下 道雄 東京工業大学, 理工学研究科, 准教授 (80260032)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
小川 佳宏 上越教育大学, 学校教育研究科(研究院), 准教授 (50372462)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | １分子計測（SMD) / 共焦点顕微鏡 / 化学物理 / 物理化学 / 希土類イオン / 核スピン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
量子論理演算は少数の量子ビットであれば実現しているが、現実的な桁数の演算にはほど遠い。そこで 研究代表者らは、結晶中にある無数のイオン一つ一つをそれぞれ1量子ビットずつに割り当てることで、量子ビットを高度に集積することを目指している。この目標に向けて、光学顕微鏡の独自開発を10 年にわたり続けてきた。その結果、LaF3 結晶中にあるPr3+を1イオンごとに光検出することに成功した。当該研究では、この成果を発展させ、1複数のイ オンの核スピン状態を個別に光操作することで量子演算を実現する。2量子演算に用いる Pr3+同士の三次元相対位置を数ナノメートルの精度で決定する方法論を確立することで、集積化された複数のイオンを用いた量子論理演算を実現することを目標としている。
当該申請では、この目標を達成するために５つの課題を実行する。当該年度では、予定通り、課題Bと課題Dに取りかかった。どちらの課題も単年度では実行不可能であり、当該年度はその準備をおこなった。
課題 B では、結晶に磁場を印加することで単一核スピンの光検出に挑戦する。結晶に磁場を印加すると、核スピンの量子化軸を磁場の方向に揃い、核スピンの固有状態が電子遷移の影響を受けないようにすることを目標としている。
本課題の目標として、距離の近い2つ Pr3+を見分けなければならない。この場合、空間分解能は高ければ高いほど良い。1 個の Pr3+か らの信号が微弱であるため、量子演算が困難になってしまう場合が考えられる。そこで、以下にしめすよう に、半球型に研磨したPr3+:LaF3結晶を用いることで、空間分解能と発光の検出効率を共に向上させる（課題D）。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
「研究実績の概要」にしめすように、当該年度は課題Bと課題Dの二つの課題を実行した。課題Bでは、磁場を印加するために非磁性の材料で試料ホルダーを作られなければならない。また、課題Dに関連して、数ナノメートルの安定性を両立しなければならない。研究が始まる前に用いていた試料ホルダーはどちらの条件を満たしていなかった。そこで、非磁性で低温でも特性が悪くならない純チタンを用いた試料ホルダーを製作した。その結果、きわめて機械的に安定で非磁性の試料ホルダーの製作に成功した。
課題Dでは、半球型試料を用いることで、光の検出効率と分解能を同時に向上ようとするものである。すでに、我々は開口数NAが0.6の対物レンズではこの実験に成功しており、当該研究で用いる高開口数の対物レンズでもそれが実行可能なのかの検証が重要である。そこで、当該年度では、光学設計ソフトで半球レンズを用いた時に、メリット・デメリットを検証し、ほぼ問題なく実験に用いることができることを確認した。
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| Strategy for Future Research Activity |
課題Bに関しては、効率よく磁場を印加できる構造を検討し、実際に磁場存在下での実験を実行する。課題Dに関しては、半球レンズを使用できるように試料ホルダーの改造が不可欠であり、これを実行する。
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Research Products
(1 results)
