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

脉冲电子-电子多重共振法控制电子-核自旋系统及其在量子信息科学中的应用

• 批准号: 13J06505
• 负责人: 田中 彩香
• 金额: $ 1.15万
• 依托单位: Osaka City University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2013
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2013-04-01 至 2015-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-13J06505/
• 关键词: 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; 電子-電子二重共鳴

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。

The number of operations within the molecule is necessary, and the shortening of the operating time is important. The quantum state control of high-intensity RF particles using the ENDOR method is greatly shortened by the time of particle transition, and the control of ultra-fine particle migration is greatly shortened by the time of particle transition. This report discusses the application of the electron-electron double resonance (ELDOR) method to the development and high-speed control of the electron-nuclear state of MW by ELDOR-NMR method, and the application of the isotope substitution method to the evaluation of electron-nuclear state of MW by ELDOR-NMR method. Single crystals are mixed in the double crystal ELDOR-NMR spectra, and the origin of each single crystal is discussed in detail. In this paper, ELDER-NMR spectra of binary crystals are discussed in detail. The quantitative evaluation of the origin of each crystal, the NMR migration of the nucleus and the ELDOR cycle number are contradictory. In particular, ELDOR-NMR results in ultra-fine migration accuracy, crystal concentration and close contact, high mobility accuracy, crystal concentration and high precision control of the necessary operating time, and optical separation.

项目成果

A Nitrogen Spin Manipulation in Single Crystals to use for Qubits by ELDOR-NMR technique

通过 ELDOR-NMR 技术对单晶中的氮自旋进行操纵以用于量子位

• 发表时间: 2014
• 作者: Ayaka Tanaka;Kazunobu Sato,Tomohiro Yoshino, Shinsuke Nishida,Shigeaki Nakazawa,Robabeh Rahimi;Kazuo Toyota;Daisuke Shiomi, Yasushi Morita;Masahiro Kitagawa, Takeji Takui
• 通讯作者: Masahiro Kitagawa, Takeji Takui

Electron-nuclear spin states of a molecular spin qubit model as studied by single crystal ELDOR-NMR spectroscopy

通过单晶 ELDOR-NMR 光谱研究分子自旋量子位模型的电子-核自旋态

• 发表时间: 2013
• 作者: 田中彩香;佐藤和信;吉野共広;西田辰介;中澤重顕;Robabeh Rahimi;豊田和男;塩見大輔;森田 靖;北川勝浩;工位武治
• 通讯作者: 工位武治

Manipulation of Molecular Spins in Single Crystals by Electron-Electron Double Resonance Technique

通过电子-电子双共振技术操纵单晶中的分子自旋

• 发表时间: 2014
• 作者: Ayaka Tanaka;Kazunobu Sato,Tomohiro Yoshino, Shinsuke Nishida,Shigeaki Nakazawa,Robabeh Rahimi;Kazuo Toyota;Daisuke Shiomi, Yasushi Morita;Masahiro Kitagawa, Takeji Takui
• 通讯作者: Masahiro Kitagawa, Takeji Takui

ELDOR-NMR_法による量子ビットモデルとしての安定有機ラジカルの電子－核スピン状態評価

使用 ELDOR-NMR_method 作为量子位模型评估稳定有机自由基的电子-核自旋态

• 发表时间: 2013
• 作者: 田中彩香;佐藤和信;吉野共広;西田辰介;中澤重顕;Robabeh Rahimi;豊田和男;塩見大輔;森田 靖;北川勝浩;工位武治
• 通讯作者: 工位武治

Electron-nuclear spin manipulation of a molecular spin qubit model by single crystal ELDOR-NMR spectroscopy

通过单晶 ELDOR-NMR 光谱对分子自旋量子位模型进行电子核自旋操控

• 发表时间: 2014
• 作者: Ayaka Tanaka;Kazunobu Sato,Tomohiro Yoshino, Shinsuke Nishida,Shigeaki Nakazawa,Robabeh Rahimi;Kazuo Toyota;Daisuke Shiomi, Yasushi Morita;Masahiro Kitagawa, Takeji Takui
• 通讯作者: Masahiro Kitagawa, Takeji Takui