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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

研究課題

研究課題/領域番号 18H01152
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
審査区分 小区分13020:半導体、光物性および原子物理関連
研究機関大阪大学

研究代表者

北川 勝浩  大阪大学, 基礎工学研究科, 教授 (20252629)

研究分担者 香川 晃徳  大阪大学, 基礎工学研究科, 助教 (70533701)
研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2021-03-31
研究課題ステータス 完了 (2020年度)
配分額 *注記
17,680千円 (直接経費: 13,600千円、間接経費: 4,080千円)
2020年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
2019年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
2018年度: 9,880千円 (直接経費: 7,600千円、間接経費: 2,280千円)
キーワード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 / 磁気相転移
研究成果の概要

スピン多体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た。核スピン系では、装置開発を行い、磁気相転移に必要な超低エントロピー化に成功した。電子スピン系ではFPGAを用いたKu帯パルスESR装置を開発し、精密なスピン制御に成功した。また磁気相転移を行うためにハミルトニアンを実効的に模倣するためのパルス生成法の開発を行い、従来より高いフィデリティーを得ることに成功した。磁気相転移の観測までにはいたらなかったが、今後の実現へ向けた実験装置、条件等の基盤技術が得られた。

研究成果の学術的意義や社会的意義

スピン多体系の磁気相転移は古典コンピュータでは解析が困難である。量子的なスピン系自身にラジオ波パルスを照射し、ハミルトニアンを変形することで他のハミルトニアンを模倣する。量子シミュレータは古典コンピュータでは解析できない量子多体系を扱うため統計物理や物性物理学へ貢献できる。本研究で得られた成果は今後の量子シミュレータ開発において重要な基盤技術である。

報告書

(4件)
  • 2020 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2019 実績報告書
  • 2018 実績報告書
  • 研究成果

    (11件)

すべて 2021 2020 2018 その他

すべて 国際共同研究 (3件) 学会発表 (6件) (うち招待講演 1件) 備考 (2件)

  • [国際共同研究] マレーシア工科大学(マレーシア)

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [国際共同研究] マレーシア工科大学(マレーシア)

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [国際共同研究] マレーシア工科大学(マレーシア)

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] NMR量子制御の数値最適化の高速化およびロバスト耐性パルスの性能評価2021

    • 著者名/発表者名
      峯岸佳弘, 御手洗光祐, 香川晃徳, 北川勝浩, 根來誠
    • 学会等名
      日本物理学会第76回年次大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 核スピンの高偏極化とその応用2020

    • 著者名/発表者名
      香川晃徳
    • 学会等名
      186委員会第35回研究会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] RFSoCを用いた電子スピン量子ビット実験2020

    • 著者名/発表者名
      河合優太、小出貴斗、今若寛己、宮西孝一郎、庭瀬稜平、三好健文、根来誠、香川晃徳
    • 学会等名
      (電子情報通信学会)リコンフィギャラブルシステム研究会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] FPGA RFSoCを用いた電子スピン量子ビット精密制御の評価2020

    • 著者名/発表者名
      小出貴斗, 河合優太、 今若寛己、 庭瀬稜平、三好健文、根来誠、香川晃徳、北川勝浩
    • 学会等名
      日本物理学会第75回年次大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] ENDOR 共振器を用いた希釈冷凍機中での動的核偏極2018

    • 著者名/発表者名
      香川晃徳、根来誠、椿山大誠、小林太郎、北川勝浩
    • 学会等名
      第57回NMR討論会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 任意波形パルスを用いた電子スピン量子ビット精密操作の定量評価2018

    • 著者名/発表者名
      坂本義心、根来誠、ヤップユンセン、一条直規、香川晃徳、北川勝浩
    • 学会等名
      第57回電子スピンサイエンス学会年会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [備考]

    • URL

      http://www.qc.ee.es.osaka-u.ac.jp/index_j.html

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [備考]

    • URL

      http://www.qc.ee.es.osaka-u.ac.jp/research_init_e.html

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書

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公開日: 2018-04-23   更新日: 2022-01-27  

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