パルス電子－電子多重共鳴法を応用した電子－核スピン系の制御と量子情報科学への応用

2014 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13J06505
• Research Institution: Osaka City University
• Principal Investigator: 田中 彩香 大阪市立大学, 大学院理学研究科, 特別研究員(DC2)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2015-03-31
• Keywords: 量子ビット / 核スピン状態制御 / ELDOR-NMR法 / 超微細禁制遷移 / 量子状態制御 / 電子ー電子二重共鳴

Outline of Annual Research Achievements

分子内のスピンを量子ビットとして使用するためには、緩和時間内で多くの操作が必要となるため、操作時間の短縮は重要である。高強度のRFパルスを用いたパルスENDOR法による核スピンの量子状態制御と比較し、MWパルスを用いた核スピンの状態変換では、変換にかかる時間の大幅な短縮や、超微細禁制遷移の制御を通してgn因子の小さい核も扱うことができると期待されるため、メリットが大きい。本報告者は2種のマイクロ波周波数を用いるパルス電子-電子二重共鳴（ELDOR）法を適用することにより、電子-核スピン状態のMWパルスによる状態制御技術(ELDOR-NMR法)の開発と高速制御を目的として、同位体置換ジフェニルニトロキシド2種の希釈単結晶を用いた単結晶パルスELDOR法による電子-核スピン量子状態の評価法を検討した。
単結晶が混在する双晶のELDOR-NMRスペクトルでは、各々の単結晶に由来するシグナルの重ね合わせとして多数のシグナルが観測され、複数の結晶の解析を同時に行えることも明らかとなっていたが、詳細な検討は行われていなかった。今回、ジフェニルニトロキシドの双晶におけるELDOR-NMRスペクトルの角度依存性の詳細な検討を行った。各々の単結晶に由来するシグナルの定量的評価を行い、核スピンのNMR遷移とELDOR周波数が矛盾なく対応することをスペクトルシミュレーションを通して説明した。特に、ELDOR-NMR効果が超微細禁制遷移の遷移確率や希釈単結晶の濃度と密接に関連し、遷移確率の大きさや結晶濃度が高精度の状態制御に必要な操作時間を支配することを分光学的に明らかにした。

Research Progress Status

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Presentation] A Nitrogen Spin Manipulation in Single Crystals to use for Qubits by ELDOR-NMR technique (2014)
  • Author(s): Ayaka Tanaka, Kazunobu Sato,Tomohiro Yoshino, Shinsuke Nishida,Shigeaki Nakazawa,Robabeh Rahimi, Kazuo Toyota, Daisuke Shiomi, Yasushi Morita, Masahiro Kitagawa, Takeji Takui
  • Organizer: Asia-Pacific EPR/ESR Symposium-International EPR (ESR) Society Symposium-the 53th SEST Annual Meeting(APES-IES-SEST 2014)
  • Place of Presentation: Todaiji Culture Center + Nara Prefectural New Public Hall (Nara, Japan)
  • Year and Date: 2014-11-12 – 2014-11-16
• [Presentation] Manipulation of Molecular Spins in Single Crystals by Electron-Electron Double Resonance Technique (2014)
  • Author(s): Ayaka Tanaka, Kazunobu Sato,Tomohiro Yoshino, Shinsuke Nishida,Shigeaki Nakazawa,Robabeh Rahimi, Kazuo Toyota, Daisuke Shiomi, Yasushi Morita, Masahiro Kitagawa, Takeji Takui
  • Organizer: 3.The 8th Russian-Japanese Workshop on Open Shell Compounds and Molecular Spin Devices
  • Place of Presentation: Kazan University (Kazan, Russia)
  • Year and Date: 2014-09-29 – 2014-10-02
  • Invited
• [Presentation] Electron-nuclear spin manipulation of a molecular spin qubit model by single crystal ELDOR-NMR spectroscopy (2014)
  • Author(s): Ayaka Tanaka, Kazunobu Sato,Tomohiro Yoshino, Shinsuke Nishida,Shigeaki Nakazawa,Robabeh Rahimi, Kazuo Toyota, Daisuke Shiomi, Yasushi Morita, Masahiro Kitagawa, Takeji Takui
  • Organizer: 2nd Awaji International Workshop on “Electron Spin Science & Technology: Biological and Materials Science Oriented Applications” (2nd AWEST 2014)
  • Place of Presentation: Awaji Yumebutai International Conference Center(the Awaji Island, Hyogo, Japan)
  • Year and Date: 2014-06-15 – 2014-06-17