核スピン量子シミュレータの開発

• 研究課題/領域番号: 25800230
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 原子・分子・量子エレクトロニクス
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 香川 晃徳 大阪大学, 基礎工学研究科, 助教 (70533701)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2015-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2014年度)
• 配分額: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円); 2014年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2013年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
• キーワード: 量子シミュレーション / 磁気相転移 / 磁気共鳴 / 動的核偏極 / 核スピン / 電子スピン / 核磁気共鳴 / 電子スピン共鳴

研究成果の概要

本研究では高偏極化した核スピンを用いた磁気相転移の量子シミュレータの開発を行った。2つの動的核偏極手法を用いて核スピンを高偏極化し、実効的に核スピン温度を冷却した。不対電子スピンの熱平衡状態を用いた動的核偏極では、小電力で電子・核を操作できる共振器を開発し、CaF2結晶中の19Fスピン偏極を50%程度に高めることに成功した。光励起三重項状態を用いた動的核偏極ではp-テルフェニル結晶中の1Hスピンの偏極を34%まで高めた。平均場近似を用いてp-テルフェニル結晶の磁気相転移に必要な偏極率を計算した結果、26%で強磁性秩序に相転移することが分かった。

研究成果

• [雑誌論文] Room-temperature hyperpolarization of nuclear spins in bulk (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Tateishi, M. Negoro, S. Nishida, A. Kagawa, Y. Morita, M. Kitagawa
  • 雑誌名: Proc. Natl. Acad. Sci. 巻: -
  • 査読あり
• [雑誌論文] Strongly driven electron spins using a Ku band stripline electron paramagnetic resonance resonator (2013)
  • 著者名/発表者名: Y. S. Yap, H. Yamamoto, Y. Tabuchi, M. Negoro, A. Kagawa, M. Kitagawa
  • 雑誌名: J. Magn. Reson 巻: 232 ページ: 62-27
  • DOI: 10.1016/j.jmr.2013.04.015
  • 査読あり
• [雑誌論文] Hyperpolarization of Thin Films with Dynamic Nuclear Polarization Using Photoexcited Triplet Electrons (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Tateishi, M. Negoro, A. Kagawa, T. Uesaka, M. Kitagawa
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn 巻: 82 号: 8 ページ: 084005-084005
  • DOI: 10.7566/jpsj.82.084005
  • NAID: 210000132692
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dynamic Nuclear Polarization with Photoexcited Triplet Electrons in a Glass Matrix (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Tateishi, M. Negoro, A. Kagawa, M. Kitagawa
  • 雑誌名: Angewandte Chemie Int. Ed 巻: 52 号: 50 ページ: 13307-13310
  • DOI: 10.1002/ange.201305674
  • 査読あり
• [雑誌論文] 核スピン・電子スピン量子情報処理実験 (2013)
  • 著者名/発表者名: 北川勝浩、香川晃徳、根来誠
  • 雑誌名: 固体物理 巻: 48 ページ: 95-105
  • 査読あり
• [学会発表] Toward application of DNP using photo-excited triplet electrons (2014)
  • 著者名/発表者名: Negoro Makoto, Kenichiro Tateishi, Shinsuke Nishida, Akinori Kagawa, Yasushi Morita, and Masahiro Kitagawa
  • 学会等名: APES-IES-SEST2014
  • 発表場所: Todaiji culture center Nara prefectural new public hall, Nara, Japan
  • 年月日: 2014-11-14
• [学会発表] Arbitrary waveform pulse ESR at very low temperatures: Multiple Excitation using Phase-ramped Gaussian pulses (2014)
  • 著者名/発表者名: Yung Szen Yap, Yutaka Tabuchi, Shuuhei Tanijima, Makoto Negoro, Akinori Kagawa, and Masahiro Kitagawa
  • 学会等名: APES-IES-SEST2014
  • 発表場所: Todaiji culture center Nara prefectural new public hall, Nara, Japan
  • 年月日: 2014-11-14
• [学会発表] 光励起三重項状態の電子スピンを用いた動的核偏極(DNP)による室温超偏極技術 (2014)
  • 著者名/発表者名: 根来誠、立石健一郎、西田辰介、香川晃徳、森田靖、北川勝浩
  • 学会等名: 第42回日本磁気共鳴医学会大会
  • 発表場所: ホテルグランヴィア京都
  • 年月日: 2014-09-20
• [学会発表] 高偏極化した核スピン系での磁気相転移の量子シミュレーション (2014)
  • 著者名/発表者名: 香川晃徳、根来誠、北野崇博、立石健一郎、西田辰介、森田靖、丸山勲、北川勝浩
  • 学会等名: 日本物理学会2014年秋季大会
  • 発表場所: 中部大学春日井キャンパス
  • 年月日: 2014-09-10
• [学会発表] 光励起三重項電子を用いたDNPによる 室温下での偏極率30％の達成
  • 著者名/発表者名: 立石健一郎, 根来誠, 西田辰介, 香川晃徳, 工位武治, 森田靖, 北川勝浩
  • 学会等名: 第53回 固体NMR・材料フォーラム
  • 発表場所: 産業技術総合研究所 臨海新都心センター
• [学会発表] 平均場近似によるp-ターフェニル結晶の 核磁気相転移の解析
  • 著者名/発表者名: 北野嵩博, 香川晃徳, 根来誠, 丸山勲, 北川勝浩
  • 学会等名: 第28回量子情報技術研究会
  • 発表場所: 北海道大学
• [学会発表] 光励起三重項電子を用いた動的核偏極によって高偏極化された核スピン系における量子情報処理実験
  • 著者名/発表者名: 橋崎俊, 立石健一郎, 根来誠, 西田辰介, 香川晃徳, 森田靖, 北川勝浩
  • 学会等名: 第28回量子情報技術研究会
  • 発表場所: 北海道大学
• [学会発表] ESR量子コンピュータ実現に向けた 装置開発
  • 著者名/発表者名: 橋本侑樹, ヤップユンセン, 田渕豊, 加藤辰典, 山本洋史, 根来誠, 香川晃徳, 北川勝浩
  • 学会等名: 第28回量子情報技術研究会
  • 発表場所: 北海道大学
• [学会発表] DNP with photoexcited triplet electrons in glassy matrix
  • 著者名/発表者名: K. Tateishi, M. Negoro, A. Kagawa, M. Kitagawa
  • 学会等名: 4th international DNP Symposium
  • 発表場所: Copenhagen, Denmark
• [学会発表] 室温下での30%を超える 固体陽子スピン偏極
  • 著者名/発表者名: 立石健一郎，根来誠，西田辰介， 香川晃徳，森田靖，北川勝浩
  • 学会等名: 日本物理学会 2013年秋季大会
  • 発表場所: 高知大学
• [学会発表] 極低温下(＜１Ｋ)での 任意波形パルスESR実験
  • 著者名/発表者名: 根来誠, ヤップユンセン, 田渕豊 加藤辰典, 橋本侑樹, 香川晃徳, 北川勝浩
  • 学会等名: 第52回電子スピンサイエンス学会年会
  • 発表場所: 大宮ソニックシティ
• [学会発表] ESR量子コンピュータ実現に向けた 装置開発及びコンポジットパルスによるキュービットの正確な制御
  • 著者名/発表者名: 加藤辰典, ヤップユンセン, 橋本侑樹, 田渕豊, 根来誠, 香川晃徳, 北川勝浩
  • 学会等名: 第52回電子スピンサイエンス学会年会
  • 発表場所: 大宮ソニックシティ
• [学会発表] 光励起三重項電子スピンを用いた動的核偏極による室温下での1Hスピン 偏極率34％の達成
  • 著者名/発表者名: 立石健一郎, 根来誠, 西田辰介, 香川晃徳, 森田靖, 北川勝浩
  • 学会等名: 第52回電子スピンサイエンス学会年会
  • 発表場所: 大宮ソニックシティ
• [学会発表] 平均場近似を用いた 核磁気相転移の解析
  • 著者名/発表者名: 香川晃徳, 北野嵩博, 根来誠, 丸山勲, 北川勝浩
  • 学会等名: 第52回NMR討論会
  • 発表場所: 石川県立音楽堂
• [学会発表] 光励起三重項電子スピンを用いたDNPによる室温下での 偏極率34％の達成
  • 著者名/発表者名: 立石健一郎, 根来誠, 西田辰介, 香川晃徳, 森田靖, 北川勝浩
  • 学会等名: 第52回NMR討論会
  • 発表場所: 石川県立音楽堂
• [学会発表] Towards quantum simulation of magnetic phase transition using highly polarized nuclear spins
  • 著者名/発表者名: A.Kagawa, T.Kitano, M.Negoro, I.Maruyama, M.Kitagawa
  • 学会等名: FIRST International Symposium on Topological Quantum Technology
  • 発表場所: Tokyo, Japan
• [学会発表] Arbitrary waveform pulse ESR down to very low temperature
  • 著者名/発表者名: M. Kitagawa, Y. S. Yap, Y. Tabuchi, M. Negoro, A. Kagawa
  • 学会等名: The 5th International Workshop on Far-Infrared Technologies 2014
  • 発表場所: Fukui, Japan
  • 招待講演
• [学会発表] 高偏極化した核スピンを用いた磁気相転移の量子シミュレーションの実現に向けて
  • 著者名/発表者名: 香川晃徳
  • 学会等名: 基礎物理学研究所 研究会 量子情報の新展開
  • 発表場所: 京都大学