パルス電子-核多重共鳴による分子スピン量子状態の制御

2008 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 18350015
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 物理化学
• 研究機関: 大阪市立大学
• 研究代表者: 佐藤 和信 大阪市立大学, 大学院・理学研究科, 教授 (90264796)
• 研究期間 (年度): 2006 – 2008
• キーワード: 量子情報科学 / 分子スピン量子コンピュータ / パルス磁気共鳴 / 電子状態制御

研究概要

分子スピン量子コンピュータの実現を目指し、分子内の電子スピンを利用する量子情報制御をパルス電子-核多重共鳴技術を用いて行った。分子スピン系における量子絡み合い状態の実験的な検出と状態変換を行い、電子スピン(半整数スピン)が持つ固有の量子機能としてのスピノール性を顕な形で初めて実験的に成功した。これにより、電子-核スピン混在スピン系において、量子高密度符号化などの初等量子アルゴリズムを実行することが可能であることを実験的に検証することができた。

研究成果

• [雑誌論文] Molecular electron-spin quantum computers and quantum information processing : Pulse-based electron magnetic resonance spin technology applied to matter spin-qubits (2009)
  • 著者名/発表者名: K.Sato, S.Nakazawa, R.Rahimi, T.Ise, S.Nishida, T.Yoshino, N.Mori, K.Toyota, D.Shiomi, Y.Yakiyama, Y.Morita, M.Kitagawa, K.Nakasuji, M.Nakahara, H.Hara, P.Carl, P.Hofer and T.Takui
  • 雑誌名: J.Mater. Chem., published on the web ページ: (DOI : 10.1039/b819556k)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Curve-Structured Phenalenyl Chemistry : Synthesis, Electronic Structure and Bowl-Inversion Barrier of a Phenalenyl-Fused Corannulene Anion (2008)
  • 著者名/発表者名: S.Nishida, Y.Morita, A.Ueda, T.Kobayashi, K.Fukui, K.Ogasawara, K.Sato, T.Takui, and K.Nakasuji
  • 雑誌名: J. Am. Chem. Soc. 130 ページ: 14954-14955(DOI : 10.1021/ja806708j)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Macrocyclic High-Spin(S=2)Molecule : Spin Identification of A Sterically Rigid Metacyclophane-Based Nitroxide Tetraradical by Two-Dimensional Electron Spin Transient Nutation Spectroscopy (2008)
  • 著者名/発表者名: T.Sawai, K.Sato, T.Ise, D.Shiomi, K.Toyota, Y.Morita, and T.Takui
  • 雑誌名: Angew. Chem. Int. Ed. 47 ページ: 3988-3990(DOI : 10.1002/anie.200705583)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electronic and molecular structures of C60-based poly-anionic high-spin molecular clusters : Direct spin identification and electron spin transient nutation spectroscopy for high spin chemistry (2008)
  • 著者名/発表者名: S.Nakazawa, K.Sato, D.Shiomi, M.L.T.M.B.Franco, M.C.R.L.R.Lazana, M.C.B.L.Shohoji, K.Itoh, and T.Takui
  • 雑誌名: Inorg. Chim. Acta. 361 ページ: 4031-4037(DOI : 10.1016/j.ica.2008.03.048)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Curved Aromaticity of Corannulene-Based Neutral Radical : Crystal Structure and 3D Unbalanced Delocalization of Spin (2008)
  • 著者名/発表者名: Y.Morita, A.Ueda, S.Nishida, K.Fukui, T.Ise, D.Shiomi, K.Sato, T.Takui, and K.Nakasuji
  • 雑誌名: Angew. Chem. Int. Ed. 47 ページ: 2035-2038(DOI : 10.1002/anie.200704752)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Reduction of a Kinetically Stabilized Silabenzene Leading to the Formation of the Corresponding Anion Radical Species (2008)
  • 著者名/発表者名: T.Matsumoto, T.Sasamori, K.Sato, T.Takui, and N.Tokitoh
  • 雑誌名: Organometallics 27 ページ: 305-308(DOI : 10.1021/om701060a)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Thermochromism in an Organic Crystal Based on the Co-existence of σ- and π-Dimers (2008)
  • 著者名/発表者名: Y.Morita, S.Suzuki, K.Fukui, S.Nakazawa, H.Kitagawa, H.Kishida, H.Okamoto, A.Naito, A.Sekine, Y.Ohashi, M.Shiro, K.Sasaki, D.Shiomi, K.Sato, T.Takui, and K.Nakasuji
  • 雑誌名: Nature Materials 7 ページ: 48-51(DOI : 10.1038/nmat2067)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Implementation of Molecular Spin Quantum Computing by Pulsed ENDOR Technique : Direct Observation of Quantum Entanglement and Spinor (2007)
  • 著者名/発表者名: K.Sato, R.Rahimi, N.Mori, S.Nishida, K.Toyota, D.Shiomi, Y.Morita, A.Ueda, S.Suzuki, K.Furukawa, T.Nakamura, M.Kitagawa, K.Nakasuji, M.Nakahara, H.Hara, P.Carl, P.Hoefer, and T.Takui
  • 雑誌名: Physica E 40 ページ: 363-366(DOI : 10.1016/j.physe.2007.06.031)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Singlet biradical character of phenalenyl-based Kekule hydrocarbon with naphthoquinoid structure (2007)
  • 著者名/発表者名: T.Kubo, A.Shimizu, M.Uruichi, K.Yakushi, M.Nakano, D.Shiomi, K.Sato, T.Takui, Y.Morita, and K.Nakasuji
  • 雑誌名: Organic Letters 9 ページ: 81-84(DOI : 10.1021/ol062604z)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Watson-Crick Pairing of Nucleobases Functionalized with Open-Shell Molecular Entities in Crystalline Solids (2006)
  • 著者名/発表者名: T.Ise, D.Shiomi, K.Sato, and T.Takui
  • 雑誌名: Chem. Commun ページ: 4832-4834(DOI : 10.1039/b618682c)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Experimental evidence for the triplet-like spin state appearing in ground-state singlet biradicals as a key feature for generalized ferrimagnetic spin alignment (2006)
  • 著者名/発表者名: K.Maekawa, D.Shiomi, T.Ise, K.Sato, and T.Takui
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. B, 110 ページ: 2102-2107(DOI : 10.1021/jp056052y)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Clustering of Molecular Spins in the Crystals of Nitronylnitroxide and Iminonitroxide Triradicals Based on Benzene-1, 3, 5-Triyl Frameworks (2006)
  • 著者名/発表者名: Y.Kanzaki, D.Shiomi, C.Kaneda, T.Ise, K.Sato, and T.Takui
  • 雑誌名: J. Mater. Chem. 16 ページ: 2064-2073(DOI : 10.1039/b518416a)
  • 査読あり
• [雑誌論文] A High-Conductivity Crystal Containing a Copper(I) Coordination Polymer Bridged by the Organic Acceptor TANC (2006)
  • 著者名/発表者名: M.Tadokoro, S.Yasuzuka, M.Nakamura, T.Shinoda, T.Tatenuma, M.Mitsumi, Y.Ozawa, K.Toriumi, H.Yoshino, D.Shiomi, K.Sato, T.Takui, T.Mori, and K.Murata
  • 雑誌名: Angew. Chem. Int. Ed. 45 ページ: 5144-5147(DOI : 10.1002/anie.200600553)
  • 査読あり
• [雑誌論文] One-electron Reduction of Kinetically Stabilized Dipnictenes : Synthesis of Dipnictene Anion Radicals (2006)
  • 著者名/発表者名: T.Sasamori, E.Mieda, N.Nagahora, K.Sato, D.Shiomi, T.Takui, Y.Hosoi, Y.Furukawa, N.Takagi, S.Nagase, and N.Tokitoh
  • 雑誌名: J. Am. Chem. Soc. 128 ページ: 12582-12588(DOI : 10.1021/ja064062m)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ab Initio MO Analysis of the Excited Electronic States of High-Spin Quintet 2-Methylphenylene-1, 3-dinitrene (2006)
  • 著者名/発表者名: K.Sugisaki, K.Toyota, K.Sato, D.Shiomi, and T.Takui
  • 雑誌名: Angew. Chem. Int. Ed. 45 ページ: 2257-2260(DOI : 10.1002/anie.200502695)
  • 査読あり
• [学会発表] Implementation Of Molecular-Spin Quantum Computers By Pulsed Electron Multiple Resonance Technique (2008)
  • 著者名/発表者名: K.Sato, S.Nakazawa, S.Nishida, T.Ise, R.Rahimi, K.Toyota, D.Shiomi, Y.Morita, M.Kitagawa, M.Nakahara, H.Hara, P.Carl, P.Hofer, and T.Takui
  • 学会等名: The 2nd Russian-Japanese Workshop "Open Shell Compounds and Molecular Spin Devices"
  • 発表場所: Yekaterinburg, Russia
  • 年月日: 20081016-17
• [学会発表] 量子スピンコンピュータを目指した、パルス電子多重共鳴法による弱交換相互作用ビラジカル系の量子状態制御 (2008)
  • 著者名/発表者名: 佐藤和信・中澤重顕・伊瀬智章・西田辰介・豊田和男・塩見大輔・森田靖・北川勝浩・工位武治
  • 学会等名: 第47回電子スピンサイエンス学会年会
  • 発表場所: 九州大学
  • 年月日: 20081001-03
• [学会発表] Implementation of Quantum Operation by Pulsed Electron Magnetic Resonance Technique for Molecular-Spin Quantum Computers (2008)
  • 著者名/発表者名: K.Sato, S.Nakazawa, S.Nishida, T.Ise, R.Rahimi, K.Toyota, D.Shiomi, Y.Morita, M.Kitagawa, M.Nakahara, H.Hara, P.Carl, P.Hofer, and T.Takui
  • 学会等名: The 11th International Conference on Molecule-based Magnets (ICMM2008)
  • 発表場所: Florence, Italy
  • 年月日: 20080921-24
• [学会発表] Molecular-Spin Quantum Manipulation by Pulsed Electron Magnetic Resonance : pulsed ENDOR- and Coherent Dual ELDOR-QC (2008)
  • 著者名/発表者名: K.Sato, R.Rahimi, S.Nakazawa, T.Ise, S.Nishida, T.Yoshino, K.Toyota, D.Shiomi, Y.Morita, M.Kitagawa, K.Nakasuji, M.Nakahara, H.Hara, P.Carl, P.Hofer, and T.Takui
  • 学会等名: 8th Asian Conference on Quantum Information Science
  • 発表場所: Seoul, Korea
  • 年月日: 20080825-31
• [学会発表] Development of A Coherent-Dual ELDOR Spectrometer for Implementation of Molecular-Spin Quantum Computers (2007)
  • 著者名/発表者名: K.Sato, S.Nakazawa, N.Mori, T.Ise, R.Rahimi, K.Toyota, D.Shiomi, Y.Morita, M.Kitagawa, K.Nakasuji, M.Nakahara, H.Hara,P.Carl, P.Hofer, and T.Takui
  • 学会等名: A Joint Conference of the International Symposium on Electron Spin Science and the 46th Annual Meeting of the Society of Electron Spin Science and Technology (ISESS-SEST2007)
  • 発表場所: Shizuoka, Japan
  • 年月日: 20071106-09
• [学会発表] 分子スピン量子コンピュータの要素技術としてのCoherent Dual ELDOR によるマイクロ波位相制御と応用 (2007)
  • 著者名/発表者名: 佐藤和信, 中澤重顕, R.Rahimi, 吉野共広, 西田辰介, 伊瀬智章, 森展之, 森田靖, 豊田和男, 塩見大輔, 中筋一弘, 北川勝浩, 原英之, P.Carl, P.Hofer, 工位武治
  • 学会等名: 第1回分子科学討論会
  • 発表場所: 東北大学
  • 年月日: 20070917-20
• [学会発表] Implementation of Molecular Spin Quantum Computing by Pulsed Electron Magnetic Resonance Technique : Coherent ENDOR/Dual ELDOR-Based QC (2007)
  • 著者名/発表者名: K.Sato, R.Rahimi, S.Nakazawa, N.Mori, S.Nishida, K.Toyota, D.Shiomi, Y.Morita, A.Ueda, S.Suzuki, K.Furukawa, T.Nakamura, M.Kitagawa, K.Nakasuji, M.Nakahara, H.Hara, P.Carl, P.Hofer, and T.Takui
  • 学会等名: Asian Conference on Quantum Information Science(AQIS2007)
  • 発表場所: Kyoto, Japan
  • 年月日: 20070903-06
• [学会発表] コヒーレント電子-電子二重共鳴を用いた時間比例位相増加法によるマイクロ波パルスの位相制御 (2007)
  • 著者名/発表者名: 佐藤和信, 原雄太, 豊田和男, 塩見大輔, 森田靖, 北川勝浩, 原英之, Patrick, Carl, Pete,r Hofer, 工位武治
  • 学会等名: 日本化学会第87春季年会
  • 発表場所: 関西大学
  • 年月日: 20070325-28
• [学会発表] 電子-核スピン系のスピン量子絡み合い状態の形成と起源 (2006)
  • 著者名/発表者名: 佐藤和信, R.Rahimi, 西田辰介, 森田靖, 豊田和男, 塩見大輔, 中原幹夫, 北川勝浩, 中筋一弘, 工位武治
  • 学会等名: 第45回電子スピンサイエンス学会年会
  • 発表場所: 京都工芸繊維大学
  • 年月日: 20061114-16
• [学会発表] 分子スピン量子コンピュータの開発 (2006)
  • 著者名/発表者名: 佐藤和信
  • 学会等名: 第45回電子スピンサイエンス学会年会
  • 発表場所: 京都工芸繊維大学, 他
  • 年月日: 20061114-16
• [図書] Quantum Computing Using Pulse-Based Electron-Nuclear Double Resonance (ENDOR) : Molecular Spin-Qubits(印刷中) (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.Hofer, and T.Takui
  • 出版者: in Molecular Realizations of Quantum Computing 2007 (Kinki University Series on Quantum Computing) edited by M.Nakahara, Y.Ota, and R.Rahimi, World Scientific
• [図書] 有機ラジカル量子ビット-分子スピン量子コンピュータ/量子情報処理技術の開発- (2008)
  • 著者名/発表者名: 工位武治, 中澤重顕, 佐藤和信, 塩見大輔, 豊田和男
  • 総ページ数: 49-61
  • 出版者: in機能材料28巻7号, シーエムシー出版
• [図書] Quantum Information Processing as Studied by Molecule-Based Pulsed ENDOR Spectroscopy (2007)
  • 著者名/発表者名: R.Rahimi, K.Sato, D.Shiomi, and T.Takui
  • 総ページ数: 643-650
  • 出版者: in Modern Magnetic Resonance, ed. Graham A. Webb, Springer-Verlag
• [備考] 北川勝浩, 工位武治, 佐藤和信, 森田靖"分子スピン量子コンピュータ/量子情報処理システムの開発", 化学と工業, 62, pp.31-33 (2009).
• [備考] 研究室HP
  • URL: http://www.sci.osaka-cu.ac.jp/chem/phy2/
• [備考] 研究代表者HP
  • URL: http://www.sci.osaka-cu.ac.jp/~sato/