ダイヤモンド量子センサーを用いたハイゼンベルグ限界感度における核スピン検出

2021 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 19H02547
• 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28020:ナノ構造物理関連
• 研究機関: 慶應義塾大学
• 研究代表者: 伊藤 公平 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 教授 (30276414)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2022-03-31
• キーワード: 量子センシング / ダイヤモンド中窒素空孔欠陥 / 核磁気共鳴

研究成果の概要

ダイヤモンド中の窒素-空孔中心に局在する単一電子スピンを量子センサーとして利用する核磁気共鳴測定の感度を高める基盤技術を開発、実証した。核磁気共鳴が可能なテーブルトップ型測定装置の実装、単一陽子スピンの検出と量子制御、物理モデルに基づくスピン読み出しの最適化方法の実証などに成功し、それぞれ学術論文として発表した。感度スケールを高める方法として、ベイズ推定やFPGAを用いた装置制御方法も開発した。

自由記述の分野

量子情報

研究成果の学術的意義や社会的意義

単一陽子の検出/制御や、解析方法の工夫による感度向上などは、発光欠陥による量子センサーのポテンシャルを実証し、さらに引き上げる成果として意義がある。様々な分野の基礎研究で日常的に利用される現在のプロトン核磁気共鳴(NMR)や磁気共鳴イメージング(MRI)手法を、量子センサーによって従来法では達成不可能な単一分子/スピンレベルまで拡張できることをサポートする研究成果は学術的および社会的に意義深い。