【本学研究者情報】

〇多元物質科学研究所　教授　米田忠弘
　　　　　　　　　　特任研究員　川口諒
研究室ウェブサイト

　大学院理学研究科　助教　橋本克之
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【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。

【用語解説】

*1　単分子磁石
分子1つが磁石のような性質を示す物質群。分子内の設計により分子内中心にある金属のスピン方向（磁化の向き）を保持できる特性がある。近年、キュービットの有力候補の一つとして注目を集めている。

*2　電子スピン共鳴（ESR）
電子が持つ磁石（電子スピン）が、磁場下で固有の周波数の電磁場を吸収する現象。これを測定することで、分子の構造や電子状態などについて、詳細な情報を与え、化学、物理学、生物学、医学や多様な物質科学的研究に応用できる測定法である。

*3　量子ビット（キュービット）
量子力学を応用した次世代の計算機である量子コンピューターで扱われる情報の最小単位。従来のコンピューターで扱われるビットは、情報の最小単位を0か1だけで表したが、量子ビットでは、0と1のほか、0と1とを重ね合わせた状態も使うことで計算の高速化が可能である。

*4　核磁気共鳴（NMR）
原子核が持つ磁石（核スピン）が、磁場下で固有の周波数を持つ電磁場を吸収する現象。これをを測定することで分子の構造や電子状態などについて、詳細な情報を与え、医療で使われる磁気共鳴イメージングを始めとして化学、物理学、生物学、医学や多様な物質科学的研究に応用できる測定法である。

詳細（プレスリリース本文）

問い合わせ先

（研究に関すること）
東北大学多元物質科学研究所
教授　米田 忠弘（こめだ ただひろ）
電話　022-217-5368
E-mail　tadahiro.komeda.a1*tohoku.ac.jp
（*を@に置き換えてください）

（報道に関すること）
東北大学多元物質科学研究所
広報情報室
電話　022-217-5198
E-mail　press.tagen*grp.tohoku.ac.jp
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東北大学大学院理学研究科
広報・アウトリーチ支援室
電話　022-795-6708
E-mail　sci-pr*mail.sci.tohoku.ac.jp
（*を@に置き換えてください）