パルス電子－電子多重磁気共鳴法の開発と量子状態制御

2013 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 23350011
• 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)
• 研究分担者: 中澤 重顕 大阪市立大学, 大学院・理学研究科, 特任准教授 (70342821) ; 杉崎 研司 大阪市立大学, 大学院・理学研究科, 特任助教 (70514529)
• 連携研究者: 豊田 和男 大阪市立大学, 大学院・理学研究科, 講師 (60347482)
• 研究期間 (年度): 2011-04-01 – 2014-03-31
• キーワード: 量子コンピュータ / 量子情報処理 / パルスESR / 任意波形パルス / 電子二重共鳴 / 量子状態制御 / 量子干渉 / ニューテーション

研究概要

量子コンピュータ・量子情報処理を目指して、電子スピンが弱く相互作用する弱交換相互作用多スピン分子モデルや、同位体修飾ジフェニルニトロキシド等の電子－核スピンモデルに対して、パルス電子スピン共鳴分光を適用した。弱交換相互作用系の電子スピンニューテーション分光におけるスピンダイナミクスの解明や、電子-核スピン系に由来する量子干渉効果の観測・パルス電子-電子二重共鳴技術による核スピン情報の獲得を通して、電子－核スピン系の量子状態制御がマイクロ波技術により可能であることを示した。
また、量子状態制御の基盤技術となる任意波形マイクロ波パルス技術の開発を行い、高精度で量子状態を制御する技術を確立した。

研究成果

• [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 are affected (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Sugisaki, K. Toyota, K. Sato, D. Shiomi, M. Kitagawa, and T. 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] Hexamethoxyphenalenyl as a Possible Quantum Spin Simulator : An Electronically Stabilized Neutral π 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, and 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] 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, and T. Takui
  • 雑誌名: Molecular Physics 巻: 111 ページ: 2767-2787
  • DOI: 10.1080/00268976.2013.811304
  • 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: K. Ayabe, K. Sato, S. Nishida, T. Ise, S. Nakazawa, K. Sugisaki, Y. Morita, K. Toyota, D. Shiomi, M. Kitagawa, and T. Takui
  • 雑誌名: Phys. Chem. Chem. Phys 巻: 14 ページ: 9137-9148
  • DOI: 10.1039/c2cp40778g
  • 査読あり
• [雑誌論文] A Synthetic Two-Spin Quantum Bit : g-Engineered Exchange-Coupled Biradical Designed for Controlled-NOT Gate Operations (2012)
  • 著者名/発表者名: S. Nakazawa, S. Nishida, T. Ise, T. Yoshino, N. Mori, R. D. Rahimi, K. Sato, Y. Morita, K. Toyota, D. Shiomi, M. Kitagawa, H. Hara, P. Carl, P. Hoefer, and T. Takui
  • 雑誌名: Angew. Chem. Int. Ed 巻: 51 ページ: 9860-9864
  • DOI: 10.1002/anie.201204489
  • 査読あり
• [雑誌論文] Intramolecular Hydrogen Bonding in Calix[4]arene-Based Nitroxide Monoradical and Biradical as Studied by CW-ESR and Pulse-ESR HYSCORE Spectroscopy (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Sawai, K. Sato, D. Shiomi, K. Toyota, Q. Wang, J.-S. Wang, Y. Li, G.-S. Wu, and T. Takui
  • 雑誌名: App. Magn. Reson 巻: 41 ページ: 337-352
  • DOI: 10.1007/s00723-011-0269-6
  • 査読あり
• [学会発表] A High-Level ab initio MO Study on the Zero-Field Splitting Tensors of Halogen-Substituted Arylnitrenes (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Sugisaki ほか
  • 学会等名: The Seventh Japanese-Russian Workshop on Open Shell Compounds and Molecular Spin Devices
  • 発表場所: Awaji, Hyogo, Japan
  • 年月日: 20131117-20
  • 招待講演
• [学会発表] Quantum Manipulation of Electron and Nuclear Spins by Pulsed ESR Technique for Molecular Spin Quantum Computers : Development of Coherent Multi-Frequency Spectroscopy (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Sato ほか
  • 学会等名: The Seventh Japanese-Russian Workshop on Open Shell Compounds and Molecular Spin Devices
  • 発表場所: Awaji, Hyogo, Japan
  • 年月日: 20131117-20
  • 招待講演
• [学会発表] Molecular structures and double quantum transitions of a ground-state triplet iminonitroxide-nitroxide diradical as studied by CW-ESR/pulsed ESR spectroscopy (2013)
  • 著者名/発表者名: S. Nakazawa ほか
  • 学会等名: The Seventh Japanese-Russian Workshop on Open Shell Compounds and Molecular Spin Devices
  • 発表場所: Awaji, Hyogo, Japan
  • 年月日: 20131117-20
  • 招待講演
• [学会発表] Quantum Manipulation of Electron and Nuclear Spins by Pulsed Electron Multiple Resonance Technique for Molecular Spin Quantum Computers (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Sato ほか
  • 学会等名: The 1st International Conference on Emerging Advanced Nanomaterials (ICEAN)
  • 発表場所: Brisbane, Australia
  • 年月日: 20121022-25
  • 招待講演
• [学会発表] Spin Manipulation in Molecular Spin States by Pulse-based Electron Multiple Resonance for Molecular Spin Quantum Computers (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Sato ほか
  • 学会等名: The 8th Asia-Pacific EPR/ESR Symposium (APES 2012)
  • 発表場所: Beijing, China
  • 年月日: 20121011-15
  • 招待講演
• [学会発表] Quantum manipulation of molecular electron and nuclear spins by pulsed electron multiple resonance technique (2011)
  • 著者名/発表者名: K. Sato ほか
  • 学会等名: Joint International Workshop on Trends of Spin Science and Technology
  • 発表場所: Sendai, Japan
  • 年月日: 20111116-18
  • 招待講演
• [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: S. Nakazawa ほか
  • 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: 20111113-16
  • 招待講演
• [学会発表] Theoretical Study of the Zero-Field Splitting Tensors of Nitroxide-Based Biradicals (2011)
  • 著者名/発表者名: K. Sugisaki ほか
  • 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: 20111113-16
  • 招待講演
• [備考]
  • URL: http://www.qcqis.sci.osaka-cu.ac.jp/
• [備考]
  • URL: http://www.qcqis.sci.osaka-cu.ac.jp/ms/