東北大・八戸高専・城西大など、分子一個の電子の磁気信号を検出する技術を開発

発表日:2023年01月24日

分子一個の電子の磁気信号を検出する技術を開発

−分子スピンを利用した量子コンピューターキュービット構築に期待−

【発表のポイント】

●直径3ナノメーター（ナノは10億分の1）程度の分子一個の磁石（単分子磁石（＊1））を用いて従来の電子スピン共鳴（ESR）（＊2）と同等の精度の共鳴スペクトルを得ることに成功。

●量子コンピューター応用に資する十分なエネルギー分解能をもったスピン検出がナノスケールで可能なことを実証。

●複数スピンを用いた分子スピンの量子ビット（キュービット）（＊3）実用化に期待。

【概要】

量子コンピューターの物理的単位を担う量子ビット（キュービット）の開発競争が高まる中、すでに2000年に分子スピンが量子情報処理のデモンストレーションに用いられ、そのキュービットとしての優位性が証明されています。これは分子の優れた特性と電子スピン共鳴（ESR）・核磁気共鳴（NMR）（＊4）電子機器の精度の高さに基づくものです。しかし、ESR/NMR検出感度が非常に小いため信号検出に10億個の分子のスピン集団が必要とされ、小さな領域に複数のキュービットを実装する次世代の量子コンピューター構築のための問題となっていました。

東北大学多元物質科学研究所の川口諒特任研究員と米田忠弘教授、同大学大学院理学研究科の橋本克之助教と山下正廣名誉教授、八戸工業高等専門学校の角館俊行助教、城西大学大学院理学研究科の加藤恵一准教授による共同研究グループは、分子一個で磁石の性質を示す単分子磁石である、テルビウム・フタロシアニン錯体（TbPc2）分子を磁場中のトンネル接合に配置し、ラジオ波（RF）を入射することで、直径3ナノメーター（nm）程度の分子一個から従来の化学分析に用いられるESRと同等の精度でESR信号を検出することに成功しました。これは、分子一個のスピンキュービットを小さなデバイスに複数実装した量子コンピューターへの道を開くものであります。

本研究成果は、2022年12月31日付けで、米国化学会が発行するナノサイエンスとナノテクノロジーの専門誌『Nano Letters』にオンライン掲載されました。

※以下は添付リリースを参照

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添付リリース

https://release.nikkei.co.jp/attach/647879/01_202301201145.pdf