分子スピン量子制御

2013 年度 研究成果報告書

• 研究領域: 量子サイバネティクス － 量子制御の融合的研究と量子計算への展開
• 研究課題/領域番号: 21102004
• 研究種目: 新学術領域研究(研究領域提案型)
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 理工系
• 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: 工位 武治 大阪市立大学, 理学研究科, 特任教授 (10117955)
• 連携研究者: 佐藤 和信 大阪市立大学, 理学研究科, 教授 (90264796) ; 森田 靖 大阪大学, 理学研究科, 准教授 (70230133) ; 香川 晃徳 大阪大学, 基礎工学研究科, 助教 (70533701)
• 研究期間 (年度): 2009-07-23 – 2014-03-31
• キーワード: 量子情報 / パルス磁気共鳴 / 分子スピン / スピン増幅 / パルス補償 / 動的核偏極 / ESR / 三重項状態

研究概要

数値計算による操作パルスの最適化、パルス補償による過渡現象の抑制を行い、忠実度の高いスピン制御を実現した。位置選択的に同位体置換した分子を合成し、室温での核スピンの超偏極化やスピン増幅を実現した。また任意波形発生器を用いたKu帯の分光計とストリップライン共振器を開発し、極低温下でのパルスESR実験に成功した。
結合に与らない単一あるいは複数個の電子スピン、及び分子骨格フレームを構成する核スピンから構成される分子スピンを人為的に量子制御するために、望ましい電磁気学的性質をもつ分子を設計し評価した。

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: 111 ページ: 7527-7530
  • DOI: 10.1073/pnas.1315778111.
  • 査読あり
• [雑誌論文] An ab initio MO study of heavy atom effects on the zero-field splitting tensors of high-spin nitrenes: How the spin-orbit contributions affected (2014)
  • 著者名/発表者名: Kenji Sugisaki, Kazuo Toyota, Kazunobu Sato, Daisuke Shiomi, Masahiro Kitagawa, Takeji Takui
  • 雑誌名: Phys. Chem. Chem. Phys 巻: 16 ページ: 9171-9181
  • DOI: 10.1039/c4cp00822g.
  • 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 ページ: 13307-13310
  • DOI: 10.1002/ange.201305674.
  • 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 ページ: 084005-1-5
  • DOI: 10.7566/JPSJ.82.084005.
  • 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] Pulsed electron spin nutation spectroscopy for weakly exchange-coupled multi-spin molecular systems with nuclear hyperfine couplings: a general approach to bi- and triradicals and determination of their spin dipolar and exchange interactions (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Ayabe, K. Sato, S. Nakazawa, S. Nishida, K. Sugisaki, T. Ise, Y. Morita, K. Toyota, D. Shiomi, M. Kitagawa, S. Suzuki, K. Okada, T. Takui
  • 雑誌名: Mol. Phys 巻: 111 ページ: 2767-2787
  • DOI: 10.1080/00268976.2013.811304.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Hexamethoxyphenalenyl as a Possible Quantum Spin Simulator: An Electronically Stabilized Neutral pi Radical with Novel Quantum Coherence Owing to Extremely High Nuclear Spin Degeneracy (2013)
  • 著者名/発表者名: A. Ueda, S. Suzuki, K. Yoshida, K. Fukui, K. Sato, T. Takui, K. Nakasuji, Y. Morita
  • 雑誌名: Angew. Chem. Int. Ed 巻: 52 ページ: 4795-4799
  • DOI: 10.1002/anie.201301435.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ligand-induced electron spin-assembly on a DNA tile (2013)
  • 著者名/発表者名: H. Atsumi, S. Nakazawa, C. Dohno, K. Sato, T. Takui, K. Nakatani
  • 雑誌名: Chemical Communications 巻: 49 ページ: 6370-6372
  • DOI: 10.1039/c3cc41801d.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Scalable Spin Amplification with a Gain over a Hundred (2011)
  • 著者名/発表者名: M. Negoro, K. Tateishi, A. Kagawa, M. Kitagawa
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett 巻: 107 ページ: 050503-1-5
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.107.050503.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Total compensation of pulse transients inside a resonator (2010)
  • 著者名/発表者名: Y. Tabuchi, M. Negoro, K. Takeda, M. Kitagawa
  • 雑誌名: J. Magn. Reson 巻: 204 ページ: 327-332
  • DOI: 10.1016/j.jmr.2010.03.014.
  • 査読あり
• [学会発表] 任意波形マイクロ波を用いたESR 分光技術 (2014)
  • 著者名/発表者名: 佐藤和信
  • 学会等名: 日本化学会第93春季年会
  • 発表場所: 名古屋大学
  • 年月日: 2014-03-27
• [学会発表] Arbitrary Waveform Pulsed ESR at Very Low Temperature (2014)
  • 著者名/発表者名: M. Kitagawa
  • 学会等名: The 5th International Workshop on Far-Infrared Technologies 2014
  • 発表場所: Fukui university, Japan
  • 年月日: 2014-03-06
  • 招待講演
• [学会発表] Topological Protection of Quantum Information without Measurement (2014)
  • 著者名/発表者名: M. Kitagawa, K. Fujii, M. Negoro, N. Imoto, and Y. Morita
  • 学会等名: FIRST International Symposium on Topological Quantum Technology
  • 発表場所: Tokyo, Japan
  • 年月日: 2014-01-29
  • 招待講演
• [学会発表] Modified QRO 法による零磁場分裂テンソルのスピン軌道項のDFT 計算 (2013)
  • 著者名/発表者名: 杉崎研司
  • 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ー
  • 年月日: 2013-10-24
• [学会発表] Room-temperature hyperpolarization using photo-excited triplet electrons (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Negoro
  • 学会等名: 4th international DNP Symposium
  • 発表場所: Copenhagen, Denmark
  • 年月日: 2013-08-29
• [学会発表] Can open-shell chemistry contribute to electron spin science/spin technology of quantum computing and quantum information processing? (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Takui
  • 学会等名: The 13^<th> International Symposium on Spin and Magnetic Field Effects in Chemistry and Related Phenomena
  • 発表場所: Bad Hofgastein, Australia
  • 年月日: 2013-04-25
• [学会発表] Spin amplification with hyperpolarized nuclei (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Negoro
  • 学会等名: The 11th US-Japan Joint Seminar on Quantum Electronics and Laser Spectroscopy
  • 発表場所: Nara, Japan
  • 年月日: 2013-04-11
  • 招待講演
• [学会発表] Recent trends in organic high-spin/open-shell chemistry: Electron spin technology (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Takui
  • 学会等名: The 46^<th> Annual International Meeting of ESR Spectroscopy Group of Royal Society of Chemistry
  • 発表場所: Univ. of Warwick, UK
  • 年月日: 2013-04-09
• [学会発表] スピン増幅の概念とスケーラブルな実現 (2011)
  • 著者名/発表者名: 根来誠
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 富山大学
  • 年月日: 2011-09-22
  • 招待講演
• [図書] CSJ カレントレビュー12 未来材料を創出するπ電子系の科学 (2013)
  • 著者名/発表者名: 森田靖
  • 総ページ数: 120-126
  • 出版者: 公益財団法人日本科学会化学同人
• [図書] 第二次先端ウオッチング調査:融合領域の創成 分子エレクトロニクスから分子スピンエレクトロニクスへの展望 (2013)
  • 著者名/発表者名: 森田靖
  • 総ページ数: 21-24
  • 出版者: 公益財団法人日本化学会学術研究活性化委員会
• [図書] 有機分子スピンバッテリーの開発-縮重フロンティア分子軌道を利用した二次電池, 化学 vol.67 No.9 (2013)
  • 著者名/発表者名: 西田辰介
  • 総ページ数: 37-43
  • 出版者: 化学同人
• [図書] EPR of free radicals in solids II (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Sato, S. Nakazawa, S. Nishida, R. D. Rahimi, T. Yoshino, Y. Morita, K. Toyota, D. Shiomi, M. Kitagawa, T. Takui
  • 総ページ数: 163-204
  • 出版者: Springer-Verlag
• [図書] Molecular Realizations of Quantum Computing 2007 (2009)
  • 著者名/発表者名: K. Sato, S. Nakazawa, R. D. Rahimi, S. Nishida, T. Ise, D. Shiomi, K. Toyota, Y. Morita, M. Kitagawa, P. Carl, P. Hoefer, T. Takui
  • 総ページ数: 58-162
  • 出版者: World Scientific
• [備考] 北川グループ
  • URL: http://www.qc.ee.es.osaka-u.ac.jp/~qc/
• [備考] 工位グループ
  • URL: http://www.qcqis.sci.osaka-cu.ac.jp/ms/jp/
• [産業財産権] 量子誤り訂正方法、量子誤り訂正装置、および、量子情報格納装置 (2013)
  • 発明者名: 根来誠、北川勝浩、森田靖、西田辰介、藤井啓裕
  • 権利者名: 国立大学法人大阪大学
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 5376482
  • 出願年月日: 2013-10-04