2020 Fiscal Year Annual Research Report
超低エントロピー大規模スピン多体系の精密制御による量子シミュレーション
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18H01152
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| Research Institution | Osaka University |
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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) |
香川 晃徳 大阪大学, 基礎工学研究科, 助教 (70533701)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 量子シミュレーション / スピン / 磁気共鳴 / 高偏極 / 動的核偏極 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
スピン系での磁気相転移の量子シミュレーションの実現を目指して、超低エントロピー化と高周波パルスによるハミルトニアンエンジニアリングを行った。
室温核スピン系では、超エントロピー化のシーケンスを最適化し、約40%の核スピン偏極を得た。その超低エントロピー化した状態に回転座標系での断熱消磁を行ったが、理論的に予想した反強磁性体で得られる垂直帯磁率の磁化プラトーは観測できなかった。これは電磁石のわずかな電流変化による共鳴周波数の変化や、パルスNMR分光計の低パワー領域での安定性に原因があったためではないかと考察している。
極低温核スピン系では、低下した偏極率を改善するためにオーバーサイズ共振器の体積を約半分にすることなどで、マイクロ波照射効率を上げることを試みたが、昨年度と同程度の19Fスピン偏極しか得ることができなかった。
極低温電子スピン系ではスピンの精密制御が行えるKu帯任意波形パルスESR装置をFPGAを用いて開発した。Xilinx社製のRFSoC（帯域4GHz）を用いて系を構築した。また実験系を統一的に扱えるようLabRAD、Pythonを用いてプログラムを構築した。矩形パルスの位相変化させた複合パルスをに用いることで通常のラビ振動より長いコヒーレンスを持ったスピン制御に成功した。
同種核の双極子相互作用ハミルトニアンをXX-YYの形のハミルトニアンに変化させるパルス生成の開発を行った。平均ハミルトニアン理論と最適制御理論に基づいた数値最適化を組み合わせることで、膨大な計算時間を抑えつつ、実験系の制約を考慮したパルス生成を行った。平均ハミルトニアン理論に基づいて設計されている従来型の8パルス系列と性能比較を行った。実験系のエラーに対して耐性をもつようにパルスを設計した結果、従来の8パルスより高いフィデリティーでのハミルトニアン生成を実現した。
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| Research Progress Status |
令和2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 |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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