31P核を用いた溶液NMRによる量子演算システムの開拓

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量子情報処理は古典情報処理とは異なり、|0>、|1>の状態に加えて重ね合わせ状態|y>=a|0>+b|1>を演算に用いる。これにより、古典情報処理では有限時間内に解くことが不可能な巨大数の素因数分解等の問題を、量子情報処理では効率的に解くことができることになる。量子情報処理を行なうには情報の最小単位として量子ビットが必要となり、溶液NMRを用いた量子情報処理における量子ビットにはNMR観測核種が対応する。現在、1H、13C、19F、15N等の核種を量子ビットとした研究が数多く報告されるなか、我々は量子ビットとして31P核に着目し、研究を行なっている。31P核の特徴として、複数の化学結合が生成可能であること、及び比較的大きな磁気回転比を持つことが挙げられる。この31P核固有の性質により、31P核を分子内に有する量子ビット分子は演算に必須な強いロングレンジカップリングが可能である。本研究では、3核の31Pを量子ビットとして分子内に有する3量子ビット分子の数種類についてスピン緩和時間の測定を行うとともに、一部についてはスピン-スピン結合の相相対符号を決定し、NMR量子情報処理に必要となる初期化と呼ばれる操作を論理ラベル法によって行なうことに成功した。残る他の分子に関しても、論理ラベル法などの比較的単純なスピン系列に基づくNMR量子演算処理であれば実行できる程度のスピン緩和時間を持つことが明らかとなった。