Design for the exciton-based molecular logic gates for quantum computing

用于量子计算的基于激子的分子逻辑门的设计

• 批准号: 22K03480
• 负责人: 米谷 佳晃
• 金额: $ 2.5万
• 依托单位: National Institutes for Quantum Science and Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2027-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K03480/
• 关键词: エキシトン; 量子計算; 量子動力学; 経路積分; 光科学; 電子励起; 量子ダイナミクス; 励起子; 量子コンピュータ; 分子設計

エキシトンの流れを究極的に制御できれば、分子レベルの論理演算回路を作ることができ、微小なコンピュータの実現につながる。さらにエキシトンの量子性に注目し、重ね合わせ演算を実行できれば、新たな量子コンピュータの方式となることが期待されている。しかし、量子コンピュータの開発は、核スピンや半導体など他の方式が進んでおり、分子エキシトンを用いた構想は遅れている。昨年MITのグループから理論による構想が報告されたが、多くの部分が未知数である。本課題では、「分子エキシトン型量子コンピュータを実現するには、どのような特性の分子をどのように組み合わせればよいか」を明らかにするために、理論計算による検証を行った。量子ゲートのハミルトニアンを使って量子動力学計算を行い、エキシトンの流れを利用した量子演算ゲートの可能性について検証した。ハミルトニアンは、NOTゲート、 Hadamardゲートのシステム項に、環境を表す項を加えたものを用いた。環境の部分は、複数の調和振動子で表した。経路積分の半古典解法により、量子系の時間発展を求め、量子演算フィデリティーを評価した。環境ノイズの中で、高いフィデリティーを得るには、大きなエキシトンカップリングJが必要となる。例えば、0.98以上のフィデリティーを実現するには、1000 cm-1を超えるJが必要となることがわかった。環境を特徴づける温度と再配向エネルギーは、小さい方が望ましいが、少し高くても許容される。導かれた結果は、今後どのような特性の分子を、どのように組み合わせれば良いかを考える上で重要になる。

エ キ シ ト ン の flow れ を ultimate に system of imperial で き れ ば, molecular レ ベ ル の を logical calculus circuit for る こ と が で き, tiny な コ ン ピ ュ ー タ の be presently に つ な が る. さ ら に エ キ シ ト ン の quantum に attention し, heavy ね わ せ calculus を line be で き れ ば, new た な quantum コ ン ピ ュ ー タ の way と な る こ と が expect さ れ て い る. し か し, quantum コ ン ピ ュ ー タ の open 発 は, nuclear ス ピ ン や semiconductor な ど が の way into ん で お り, molecular エ キ シ ト ン を with い た idea は 遅 れ て い る. Yesterday in MIT の グ ル ー プ か ら theory に よ る idea が report さ れ た が, multiple く の part が unknown で あ る. This topic で は, "molecular エ キ シ ト ン type quantum コ ン ピ ュ ー タ を be presently す る に は, ど の よ う な features の molecular を ど の よ う に group み close わ せ れ ば よ い か" を Ming ら か に す る た め に, theoretical calculation に よ る 検 line card を っ た. Quantum ゲ ー ト の ハ ミ ル ト ニ ア ン を make っ て quantum dynamics calculation を い, エ キ シ ト ン の flow れ を using し た quantum calculus ゲ ー ト の possibility に つ い て 検 card し た. ハ ミ ル ト ニ ア ン は, NOT ゲ ー ト, Hadamard ゲ ー ト の シ ス テ ム に, environmental を table す を added え た も の を with い た. The environmental <s:1> section で, complex <s:1> harmonic vibrator で table た た. The semi-classical solution of route integration によ によ, the <s:1> time development of quantum systems を for め, quantum calculus フィデリティ を を evaluation 価 た た. Environment ノ イ ズ の で, high い フ ィ デ リ テ ィ ー を have る に は, big き な エ キ シ ト ン カ ッ プ リ ン グ J が necessary と な る. Example え ば, above 0.98 の フ ィ デ リ テ ィ ー を be presently す る に は, 1000 cm - 1 を え る J が necessary と な る こ と が わ か っ た. Environment を 徴 づ け る temperature と match again to エ ネ ル ギ ー は, small さ い party looking が ま し い が, less high し く て も allowable さ れ る. Guide か れ は た results, future ど の よ う な features の molecular を, ど の よ う に group み close わ せ れ ば good い か を exam え る で important に な る.