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

2012 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 22550124
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 機能物質化学
• 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, 特任講師 (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)
• 研究期間 (年度): 2010 – 2012
• キーワード: 量子ビット / 量子コンピュータ / 分子スピン / 量子シミュレータ / ESR

研究概要

ニトロキシドラジカルを電子スピン量子ビットとして用いた3量子ビット系トリラジカルを非磁性ホスト分子に希釈した単結晶の育成に成功し、単結晶 ESR スペクトルから3電子スピン量子ビット系として機能しうることが分かった。ニトロキシド基に基づく4量子ビット系テトララジカルにおいて複雑な溶液 ESR スペクトルの完全解析に成功し、量子状態制御に基づく量子シミュレータとして可能性を検討する物質系を得ることができた。

研究成果

• [雑誌論文] A Synthetic Two-Spin Qubit: g-Engineered Exchange-Coupled Biradical as Designed for Controlled-NOT Gate Operations (2012)
  • 著者名/発表者名: Nakazawa, S.; Nishida, S.; Ise, T.; Yoshino, T.;Mori, N.; Rahimi, R.D.; Sato, K.; Morita, Y.;Toyota, K.; Shiomi, D.; Kitagawa, M.; Hara, H.;Carl, P.; Höfer, Takui, T.
  • 雑誌名: Angew. Chem. Int. Ed 巻: 51 ページ: 9860-9864
  • DOI: DOI:10.1002/anie.201204489
  • 査読あり
• [雑誌論文] Pulsed Electron Spin Nutation Spectroscopy of Weakly Exchange-Coupled Biradicals: a General Theoretical Approach and Determination of the Spin Dipolar Interaction (2012)
  • 著者名/発表者名: Ayabe, K.; Sato, K.; Nishida, S.; Ise, T.; Nakazawa, S.; Sugisaki, K.; Morita, Y.; Toyota, K.; Shiomi, D.; Kitagawa, M.;Takui, T.
  • 雑誌名: Phys. Chem. Chem. Phys 巻: 14 ページ: 9137-9148
  • DOI: DOI:10.1039/c2cp40778g
  • 査読あり
• [雑誌論文] Improved Sensitivity by Isotopic Substitution in Distance Measurements Based on Double Quantum Coherence EPR (2012)
  • 著者名/発表者名: Abe J.; Ueki S.; Arata T.; Nakazawa, S.; Yamauchi S.; Ohba Y.
  • 雑誌名: Appl. Magn. Reson. 巻: 42 ページ: 473-485
  • DOI: DOI:10.1007/s00723-012-0317-x
  • 査読あり
• [雑誌論文] Tandem Arrays of TEMPO and Nitronyl Nitroxide Radicals with Designed Arrangements on DNA (2012)
  • 著者名/発表者名: Atsumi, H.; Maekawa, K.; Nakazawa S.;Shiomi D.; Sato, K.; Kitagawa, M.; Takui, T.; Nakatani, K.
  • 雑誌名: Chemistry-A Euro. J 巻: 18 ページ: 178-183
  • DOI: DOI:10.1002/chem.201102693
  • 査読あり
• [雑誌論文] ESR and ^1H, ^<19>F ENDOR/TRIPLE Study 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. Phy. Chem. Lett. 巻: 2 ページ: 449-453
  • DOI: DOI:10.1021/jz101650z
  • 査読あり
• [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
  • DOI: DOI:10.1039/c0cp00730g
  • 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
  • DOI: DOI:10.1002/anie.201002626
  • 査読あり
• [雑誌論文] Triple-Stranded Metallo-Helicates Addressable as Lloyd's Electron 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.;and Takui, T.
  • 雑誌名: J. Am. Chem. Soc 巻: 132 ページ: 6944-6946
  • DOI: DOI:10.1021/ja102030w
  • 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.; Maekawa, 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
  • DOI: DOI:10.1246/cl.2010.556
  • 査読あり
• [雑誌論文] Programmed assembly of organic radicals on DNA (2010)
  • 著者名/発表者名: Maekawa, K.; Nakazawa, S.; Atsumi, H.; Shiomi, D.; Sato, K.; Kitagawa, M.; Takui, T.; Nakatani, K.
  • 雑誌名: Chem. Commun. 巻: 46 ページ: 1247-1249
  • DOI: DOI:10.1039/b913061f
  • 査読あり
• [雑誌論文] Determination of Quality Factor for Highly Overcoupled EPR Resonators (2010)
  • 著者名/発表者名: Ohba, Y.; Watanabe, C.; Nakazawa, S.; Yamauchi, S.
  • 雑誌名: Appl. Mag. Res 巻: 37 ページ: 781-794
  • DOI: DOI:10.1007/s00723-009-0066-7
  • 査読あり
• [学会発表] ESR double quantum transitions revisited: a ground-state triplet nitroxide diradical with sizable ZFS as studied by single-crystal CW/Pulsed ESR spectroscopy (2013)
  • 著者名/発表者名: 中澤重顕
  • 学会等名: The 46th Annual International meeting of the ESR Spectroscopy Group of the Royal Society of Chemistry
  • 発表場所: Warwick, UK
  • 年月日: 2013-04-10
• [学会発表] ゼロ磁場分裂定数の大きなニトロキシド系ジラジカルの希釈単結晶中の構造と 2 量子遷移の CW/Pulsed ESR による研究 (2013)
  • 著者名/発表者名: 中澤重顕
  • 学会等名: 日本化学会第93 春季年会
  • 発表場所: 立命館大学 びわこ・くさつキャンパス
  • 年月日: 2013-03-24
• [学会発表] A Study of the zero-field splitting tensor and Double Quantum Transitions oftriplet-state nitroxide-substituted iminonitroxide:A quest for a spin quantum memory in a hybrid system with an SC flux qubit (2012)
  • 著者名/発表者名: 中澤重顕
  • 学会等名: FIRST量子情報処理プロジェクト新学術領域量子サイバネティクス全体会議 2012
  • 発表場所: 東京大学 本郷キャンパス 小柴ホール
  • 年月日: 2012-12-13
• [学会発表] イミノニトロキシド-ニトロキシド基底三重項ジラジカルの電子状態及び2量子遷移の希釈単結晶 CW/Pulse ESR 法による研究 (2012)
  • 著者名/発表者名: 中澤重顕
  • 学会等名: 第51回電子スピンサイエンス学会年会
  • 発表場所: 札幌コンベンションセンター
  • 年月日: 2012-11-01
• [学会発表] Double quantum transitions of ground-state triplet iminonitroxide-nitroxide diradicals as studied by pulsed ESR nutation spectroscopy (2012)
  • 著者名/発表者名: 中澤重顕
  • 学会等名: 8th Asia-Pacific EPR/ESR Symposium (APES2012)
  • 発表場所: Beijing, China
  • 年月日: 2012-10-13
• [学会発表] Double quantum transitions of ground-state triplet iminonitroxide-nitroxide as studied by pulsed ESR nutation spectroscopy (2012)
  • 著者名/発表者名: 中澤重顕
  • 学会等名: The 13th International Conference on Molecule-based Magnets
  • 発表場所: Orlando, USA
  • 年月日: 2012-10-09
• [学会発表] イミノニトロキシド-ニトロキシド基底三重項ジラジカルの ESR 二量子遷移のパルス ESR ニューテーション法による研究 (2012)
  • 著者名/発表者名: 中澤重顕
  • 学会等名: 第6回分子科学討論会
  • 発表場所: 東京大学 本郷キャンパス
  • 年月日: 2012-09-21
• [学会発表] A study of fine-structure tensor and double quantum transitions of nitroxide-substituted iminonitroxide (2012)
  • 著者名/発表者名: 中澤重顕
  • 学会等名: The sixth Japanese-Russian Workshop on Open Shell Compounds and Molecular Spin Devices
  • 発表場所: Rostov-on-Don, Russia
  • 年月日: 2012-09-10
• [学会発表] Synthetic Electron Spin Qubits as Manipulated by Pulsed ESR Spectroscopy: g-/A-Engineering Approach (2012)
  • 著者名/発表者名: 中澤重顕
  • 学会等名: The 2nd Internal Symposium of Electron Spin Science
  • 発表場所: Matsushima, Japan
  • 年月日: 2012-07-25
• [学会発表] Zero-Field Splitting Tensor and Double Quantum Transitions of Nitoroxide-Substituted Iminonitroxide: A Candidate for QC Qubit-Coupled Ensemble Spin Quantum Memory (2012)
  • 著者名/発表者名: 中澤重顕
  • 学会等名: 第7回科研費量子サイバネティクス総括班会議
  • 発表場所: ハイアットリージェンシー京都
  • 年月日: 2012-06-21
• [学会発表] Quantum operations by pulsed ESR spectroscopy: Molecular design for biradical and triradical (2012)
  • 著者名/発表者名: 中澤重顕
  • 学会等名: The 45th Annual International Meeting of the ESR Spectroscopy Group of the Royal Society of Chemistry
  • 発表場所: Manchester, UK
  • 年月日: 2012-03-26
• [学会発表] Molecular design for biradical and triradical qubits and quantum gate operations by pulsed ESR spectroscopy (2011)
  • 著者名/発表者名: 中澤重顕
  • 学会等名: 量子情報プロジェクト/量子サイバネティクス 全体会議2011
  • 発表場所: 京都国際ホテル
  • 年月日: 2011-12-13
• [学会発表] ビラジカル Qubit とトリラジカル Qubitの分子設計とパルス 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: 第50回電子スピンサイエンス学会年会
  • 発表場所: 仙台国際センター
  • 年月日: 2011-11-18
• [学会発表] Molecular design for biradical and triradical qubits and quantum gate operations by pulsed ESR spectroscopy (2011)
  • 著者名/発表者名: 中澤重顕
  • 学会等名: The fifth Japanese-Russian Workshop on Open Shell Compounds and Molecular Spin Devices
  • 発表場所: Awaji, Japan
  • 年月日: 2011-11-14
• [学会発表] 分子電子スピン2量子ビット及び3量子ビットによる量子演算とエンタングルメント生成 (2011)
  • 著者名/発表者名: 中澤重顕
  • 学会等名: 第5回分子科学討論会
  • 発表場所: 札幌コンベンションセンター
  • 年月日: 2011-09-22
• [学会発表] A CNOT gate operation of synthetic electron spin-qubits and detection of their entanglement (2011)
  • 著者名/発表者名: 中澤重顕
  • 学会等名: 6th International School and Conference on Spintronics and Quantum Information Technology (SPINTECH6)
  • 発表場所: Matsue, Japan
  • 年月日: 2011-08-05
• [学会発表] Generation and detection of an entangled state for synthetic electron spin-qubits (2011)
  • 著者名/発表者名: 中澤重顕
  • 学会等名: The 44th Annual InternationalMeeting of the ESR Spectroscopy Group of the Royal Society of Chemistry
  • 発表場所: York, UK
  • 年月日: 2011-04-06
• [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] Molecular Electron Spin-Qubits: Implementation of Quantum Operation and Teleportation (2010)
  • 著者名/発表者名: 中澤重顕
  • 学会等名: 10th Asian Conference of Quantum Information Science
  • 発表場所: Tokyo, Japan
  • 年月日: 20100800
• [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
  • 学会等名: 量子情報処理プロジェクト全体会議
  • 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
  • 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 Synthetic Electron Spin-Qubits by Pulsed ELDOR/ENDOR Technique (2010)
  • 著者名/発表者名: 中澤重顕
  • 学会等名: Asia-Pacific EPR/ESR Symposium2010
  • 発表場所: Jeju, Korea
  • 年月日: 2010-10-12
• [学会発表] Quantum Gate Operation for Synthetic Electron Spin-Qubits by Pulsed ELDOR/ENDOR Spin Technology (2010)
  • 著者名/発表者名: 中澤重顕
  • 学会等名: The 12th International Conference on Molecule-Based Magnets
  • 発表場所: Beijing, China
  • 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
  • 学会等名: IV Russian-Japan Workshop on Open Shell Compounds and Molecular Spin Devices
  • 発表場所: Nizhny Novgorod, Russia
  • 年月日: 2010-09-06
• [学会発表] Weakly Exchange-Coupled Biradicals as Molecular Electron-Spin Qubits: Magnetic Properties, Peculiar Spin-Relaxation Phenomena, and Quantum Operations (2010)
  • 著者名/発表者名: 中澤重顕
  • 学会等名: CREST 2010 International Symposium on Physics of Quantum Technology
  • 発表場所: Tokyo, Japan
  • 年月日: 2010-04-08
• [図書] Molecule-based exchange-coupled high-spin clusters: Conventional, High-Field/High-Frequency and Pulse-Based Electron Spin Resonance of Molecule-Based Magnetically Coupled Systems (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Takui, S. Nakazawa, H. Matsuoka, K. Furukawa, K. Sato, and D. Shiomi
  • 総ページ数: 71-162
  • 出版者: Springer
• [図書] Novel Applications of ESR/EPR: Quantum Computing/Quantum InformationProcessing (2012)
  • 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, and T. Takui
  • 総ページ数: 163-204
  • 出版者: Springer