2021 Fiscal Year Annual Research Report
Quantum Teleportation via Singlet Fission
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20K21174
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| Research Institution | Kobe University |
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Principal Investigator |
小堀 康博 神戸大学, 分子フォトサイエンス研究センター, 教授 (00282038)
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| Project Period (FY) |
2020-07-30 – 2022-03-31
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| Keywords | 一重項励起子分裂 / 量子コンピュータ / 四量子ビット / 時間分解電子スピン共鳴法 / 解離多重励起子 / 量子もつれ / スピン量子テレポーテーション / スピン相関三重項対 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
将来の超高効率光エネルギー変換系のデバイス応用に期待が高まっている一重項励起子分裂(Singlet Fission: SF)を、量子コンピュータにおける光入力による四量子ビットの基本構成単位として活用するための基礎研究として、時間分解電子スピン共鳴法をSF材料による固体薄膜、単結晶および連結系分子に適用し、励起子分裂(S1 + S0→T1 + T1)で生成する解離多重励起子のスピン量子状態遷移による量子もつれを具体的に特徴づけた。スピン強相関多重励起子1(TT)からの解離で生成した各三重項励起子へのスピン量子テレポーテーションをマイクロ波による吸収(A)や放出(E)信号の「観測」と、それら信号に対する量子論を用いた電子スピン分極移動モデルによる理論的解析により実証した。分子内シングレットフィッション系では、強く相関した多重励起子からの電子的相互作用による束縛を解く際にかかるねじれ振動モードと周波数を具体的に特徴づけるとともに、それによる解離多重励起子の立体構造の変化も明らかにした。さらに励起子解離による立体構造変化の分子論起源は不明であった。本研究では、電子構造論に基づき双性イオン構造による束縛励起子対からのテラヘルツ振動による開放として、具体的に記述することもできた。1)多重励起子生成機構、2)励起子解離に対する分子振動効果など分子論的解明、3)量子観測や量子誤り問題の本質的理解、4)固体材料系フォノンの揺らぎによるデコヒーレンス効果の解明など、分子科学における様々な未知問題を解き明かし学術体系を変革させる。まさに「量子情報光化学」と呼ぶべき新分野を開拓する基礎を構築することができた。
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