| 研究課題/領域番号 |
21K03423
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分13020:半導体、光物性および原子物理関連
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| 研究機関 | 近畿大学 |
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研究代表者 |
近藤 康 近畿大学, 理工学部, 教授 (40330229)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円)
2023年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2022年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2021年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
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| キーワード | 開放系 / 孤立系 / NMR量子コンピュータ / 分子 / NMR / 量子コンピュータ |
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| 研究開始時の研究の概要 |
開放系の理論研究は古くから行われてきたが，実験的研究では環境の影響を段階的に制御する必要があり，逆説的に孤立した系（例えば，BEC凝縮をおこす冷却原子）を作ることができるようになった最近になって大きく発展してきた．本研究でも，等方的な溶媒中の溶質分子のスピン系が孤立系と見なせることに着目し研究を行う．
本研究のようなNMRを実験手法とした開放系の研究は世界的に例がなく，開放系に関する興味深い実験を行うことができ，他の手法による開放系の研究を補完する知見が得られると期待される．
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| 研究実績の概要 |
本研究の目的は、開放系の理解を実験的に進めることである。そのために、溶液中の個々の分子の核スピン系を開放系のモデルとして用い、NMR量子コンピュータで培われた実験技術によって、そのスピン系のダイナミクスを調べている。開放系のモデル研究としては、①よく制御された環境の中の開放系を調べる方法と②擬似的な孤立系の中に研究対象となるスピン（疑似開放系）とその（疑似）環境を構成する方法を提案した。
令和３年度に②の方法による実験を行ったことは既に報告している。令和4年度にはその成果を秋と春の物理学会で発表した。秋の学会の発表（12aH113-14、NMR実験を用いた人工的な緩和現象のモデル化、久木田、木屋、近藤）は、モデルに基づいた人工的な緩和の理論計算について発表した。特に、回転波近似が適用できない低磁場における複雑な環境（ハミルトニアン）における実験を提案した。春の学会の発表（25aL1-8、緩和モデルのNMRによる実現、木屋、久木田、近藤）は、秋の学会で議論した理論計算に基づいて新たに実験を行い、その結果を発表した。投稿準備中である。
市販の高分解能NMR装置では行えない超低磁場における実験を実施するために装置の開発も進めている。その副産物として、学生実験用の卓上NMR装置によるDeutschの量子アルゴリズムの実装を行った。その成果を踏まえて、NMR量子コンピュータの学生実験を行う試みについて春の学会で発表（25aN1-7、学生実験用NMR量子コンピュータ、西田、木屋、久木田、近藤）した。この成果も投稿準備中である。
開放系をより精密に制御するための研究も進めており、令和4年度は3報（発表論文リスト参照）の論文発表をおこなった。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
本研究では開放系の理解を実験的に進めるために、（A）市販の化学分析用の高分解能NMR装置を用いた研究と （B）それを補う自作の低磁場NMR装置を用いた研究を提案した。
（A）については、「研究実績の概要」に記したように既に実験が行われ、複雑な（疑似）環境の下では緩和現象をよくシミュレートできるという結果が得られている。同じ分子でも、環境の自由度を制御するための理論の進展もあった。その進展のために、論文執筆が今年度になったが、「おおむね順調に進展している」と判断することができる。
（B）については、低磁場NMR装置を用いた学生実験の提案を行うことができた。したがって、「おおむね順調に進展している」と判断した。
その他、開放系をより精密に制御するための理論的な研究も関連して進めており、これらは令和4年度の３報の論文発表になった。
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| 今後の研究の推進方策 |
本研究では開放系の理解を実験的に進めるために、（A）市販の化学分析用の高分解能NMR装置を用いた研究と（B）それを補う自作の低磁場NMR装置を用いた研究を提案した。
（A）については、過去に出版した論文の理論を拡張することができた。この拡張によって理解が深まり、論文執筆の準備が整った。論文執筆を進める。
（B）については、近畿大学での装置開発も進めるが、NMRメーカの協力を得ることができるようになった。必要に応じて依頼測定も行い、実験を進めていく。（B）に関連して、量子情報のための人材の育成のための学生実験用のNMR量子コンピュータの開発も進めていく。
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