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ダイヤモンド中の単一窒素-空孔複合体(NV)中心のスピンの特徴は、固体中のスピンにも関わらずイオン・原子などの微視的系に匹敵する優れたスピンコヒーレンス特性を持ち、光により検出・操作することが可能な点である。近年、水落らは特に^<13>Cの核スピンに注目し、複数量子ビット系の実現と優れた量子ビット操作性を示してきた。本研究ではこれまでの研究を発展させ、NV中心による量子レジスタ内及び量子レジスタ間の多量子ビット化を目指している。本研究は主に現有設備である共焦点レーザー顕微鏡にパルス磁気共鳴装置を加えた単一スピン操作・検出システムにより行った。大まかな分類としては量子レジスタ内と量子レジスタ間での多量子ビット化について研究を計画していた。量子レジスタ内での多量子ビット化はNV中心に近接した核スピンを用いて行った。核スピンとしてはNV中心に近接した13Cにより行った。量子レジスタ内で複数量子ビットを持ったNV中心による量子情報処理実証の研究としては、核スピンを2つと電子スピン1つからなる3量子ビット系において、量子中継に必要となるベル状態測定という基本動作の実証実験を行った。これまで固体においては実証されておらず、しかも室温でなされたことは重要である。量子レジスタ間での多量子ビット化ではナノ構造を持つ基板やナノ粒子等を用いた空間制御に関する試料準備を順調に進めていた。次年度にそれらを用いた実験を進める予定である。
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