分子電子スピンの4量子ビット系量子テレポーテーションの実証

2010 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 22550124
• 研究機関: 大阪市立大学
• 研究代表者: 中澤 重顕 大阪市立大学, 大学院・理学研究科, 研究員 (70342821)
• 研究分担者: 工位 武治 大阪市立大学, 大学院・理学研究科, 特任教授 (10117955)
• キーワード: 量子演算 / パルスELDOR / 量子ビット / 量子コンピュータ / 有機ラジカル

研究概要

分子電子スピンをもちいた量子コンピュータを目指し、2量子ビット系よりも大きな3量子ビット系、4量子ビット系の構築と系のキャラクタリゼーションを行った。ニトロキシドラジカルをラジカルユニットとした擬3回対称性をもつ弱交換相互作用系トリラジカル、正方対称性をもつフタロシアニン誘導体テトララジカルを合成した。トリラジカルに関しては非磁性ホスト分子をもちいた希釈単結晶化に成功し、静磁場角度依存性を示すESR測定の予備的な解析の結果、3量子ビット系として機能することが分かった。つまり、配向した分子に対して3つの量子ビットに別々にアクセスすることができることを示すことができた。量子ビット間の相互作用の大きさを調べるためにパルスESR測定を行い、予備的な解析の結果、3スピン系であることを反映して、静磁場配向に依存して複数の双極子相互作用を確認した。これらの結果は、3量子ビット系による量子演算の可能性を示している。テトララジカルに関しては溶液ESRの解析の結果、ESRスペクトルの完全解析に成功し、交換相互作用を含むスピンハミルトニアンパラメータを決定した。窒素核との超微細構造定数は1.433mT、交換相互作用は辺方向10.8MHz,対角方向20.0MHzであることがわかった。スピンハミルトニアンが決定されたのでスピン状態、遷移確率を計算で求めることができる。溶液での多数あるESR遷移の帰属ができたので、それらのESR遷移を利用する量子シミュレータとしての可能性を検討することができる初段階に入ることができた。

研究成果

• [雑誌論文] Organic Polyanionic High-Spin Molecular Clusters : Topological-Symmetry Controlled Models for Organic Ferromagnetic Metals (2011)
  • 著者名/発表者名: Nakazawa, S.; Sato, K.; Shiomi, D.; Yano, M.; Kinoshita, T.; Franco, M.L.T.M.B.; Lazana, M.C.R.L.R.; Shohoji, M.C.B.L.; Itoh, K.; Takui, T.
  • 雑誌名: Phys.Chem.Chem.Phys 巻: 13 ページ: 1424-1433
  • 査読あり
• [雑誌論文] ESR and H1, F19 ENDOR/TRIPLE Stacy of Fluorinated Diphenylnitroxides as Synthetic Bus Spin-Qubit Radicals with Client Qubits in Solution (2011)
  • 著者名/発表者名: Yoshino, T.; Nishida, S.; Sato, K.; Nakazawa, S.; Rahimi, R.D.; Toyota, K.; Shiomi, D.; Morita, Y; Kitagawa, M.; Takui, T.
  • 雑誌名: J.Phys.Chem.Lett. 巻: 2 ページ: 449-453
  • 査読あり
• [雑誌論文] Noncovalent assembly of TEMPO radicals pair-wise embedded on a DNA duplex (2010)
  • 著者名/発表者名: Atsumi, H.; Mackawa, K.; Nakazawa, S.; Shiomi, D.; Sato, K.; Kitagawa, M.; Takui, T; Nakatani, K.
  • 雑誌名: Chem.Lett. 巻: 39 ページ: 556-557
  • 査読あり
• [雑誌論文] Triple-Stranded Metallo-Helicates Addressable as Lloyd's Election Spin Qubits (2010)
  • 著者名/発表者名: Morita, Y.; Yakiyama, Y.; Nakazawa S.; Murata, T.; Ise, T.; Hashizume, D.; Shiomi, D.; Sato, K.; Kitagawa, M.; Nakasuji, K.; Takui.T.
  • 雑誌名: J.Am.Chem.Soc. 巻: 132 ページ: 6944-6946
  • 査読あり
• [雑誌論文] Semiquinone Radical Anion : Quantitative Evaluation of the Concave-Convex Dynamic Behavior in the Structural and Electronic Features (2010)
  • 著者名/発表者名: Ueda, A.; Ogasawara, K.; Nishida, S.; Ise, T.; Yoshino, T; Nakazawa, S.; Sato, K.; Takui.T.; Nakasuji, K.; Morita, Y.
  • 雑誌名: Angew.Chem.Int.Ed 巻: 49 ページ: 6333-6337
  • 査読あり
• [学会発表] 分子電子スピンをもちいたパルスESR法による量子演算 (2011)
  • 著者名/発表者名: 中澤重顕
  • 学会等名: 日本化学会第91春季年会
  • 発表場所: 神奈川大学 横浜キャンパス
  • 年月日: 2011-03-29
• [学会発表] Weakly exchange-coupled nitroxide biradicals as molecular electron-spin qubits (2010)
  • 著者名/発表者名: 中澤重顕
  • 学会等名: Pacifichem 2010
  • 発表場所: Hawaii, USA
  • 年月日: 2010-12-17
• [学会発表] 分子の電子スピン量子ビットのCNOTゲートの開発 (2010)
  • 著者名/発表者名: 中澤重顕、佐藤和信、吉野共広、伊瀬智章、西田辰介、森展之、Robabeh Ralumi、森田靖、豊田和男、塩見大輔、北川勝浩、中筋一弘、原英之、Patrick Carl、Peter Hofer、工位武治
  • 学会等名: 量子情報処理プージェクト全体会議
  • 発表場所: ホテルニューフジヤ熱海
  • 年月日: 2010-12-08
• [学会発表] ビラジカルQubitによるCNOTゲート操作 (2010)
  • 著者名/発表者名: 中澤重顕、佐藤和信、吉野共広、伊瀬智章、西田辰介、森展之、Robabeh Rahimi、森田靖、豊田和男、塩見大輔、北川勝浩、中筋一弘、原英之、Patrick Carl、Peter Hofer、工位武治
  • 学会等名: 第49回電子スピンサイエンス学会年会
  • 発表場所: 名古屋大学シンポジオンホール
  • 年月日: 2010-11-13
• [学会発表] Quantum Operation for Synthtic Electron Spin-Qubits by Pulsed ELDOR/ENDOR Technique (2010)
  • 著者名/発表者名: 中澤重顕、佐藤和信、Robabeh 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、Patric Carl, Peter Hofer, 工位武治
  • 学会等名: Asia-Pacific EPRIESR Symposium 2010
  • 発表場所: 済州島、韓国
  • 年月日: 2010-10-12
• [学会発表] Quantum Gate Operation for Synthetic Electron Spin-Qubits by Pulsed ELDOR/ENDDR Spin Technology (2010)
  • 著者名/発表者名: 中澤重顕、佐藤和信、Robabeh 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、Patric Carl, Peter Hofer, 工位武治
  • 学会等名: The 12th International Conference on Molecule-Based Magnets
  • 発表場所: 北京、中国
  • 年月日: 2010-10-09
• [学会発表] 分子スピン量子ビットによる量子演算 (2010)
  • 著者名/発表者名: 中澤重顕
  • 学会等名: 第4回分子科学討論会2010
  • 発表場所: 大阪大学豊中キャンパス
  • 年月日: 2010-09-14
• [学会発表] Quantum Operation for Synthetic Electron Spin-Qubits (2010)
  • 著者名/発表者名: 中澤重顕、佐藤和信、Robabeh 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、Patric Carl, Peter Hofer, 工位武治
  • 学会等名: IV Russian-Japan Workshop on Open Shell Compounds and Molecular Spin Devices
  • 発表場所: Nizhny Novgorod, Russia(招待講演)
  • 年月日: 2010-09-06
• [学会発表] Molecular Electron Spin-Qubits : Implementation of Quantum Operation and Teleportation (2010)
  • 著者名/発表者名: 中澤重顕、佐藤和信、伊瀬智章、西田辰介、吉野共広、森展之、Robabeh Rahimi, 森田靖、豊田和男、塩見大輔、中筋一弘、北川勝浩、原英之、Patric Carl, Peter Hofer, 工位武治
  • 学会等名: 10th Asian Conference of Quantum Information Science
  • 発表場所: 東京大学 小柴ホール
  • 年月日: 2010-08-30
• [学会発表] Weakly Exchange-Coupled Biradicals as Molecular Electron-Spin Qubits : Magnetic Properties, Peculiar Spin-Relaxation Phenomrna, and Quantum Operations (2010)
  • 著者名/発表者名: 中澤重顕、佐藤和信、Robabeh 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、Patric Carl, Peter Hofer, 工位武治
  • 学会等名: CREST 2010 International Symposium on Physics of Quantum Technology
  • 発表場所: 一ツ橋メモリアルホール
  • 年月日: 2010-04-08
• [備考]
  • URL: http://www.qcqis.sci.osaka-cu.ac.jp/