微細な振動子を作り固体中の核磁気共鳴を制御―核スピンを利用する量子メモリの開発に向け前進：日本電信電話/産業技術総合研究所
(2018年8月28日発表)
日本電信電話（株）と（国）産業技術総合研究所は8月28日、微細なメカニカル振動子を用いて、固体中の核磁気共鳴現象を制御することに成功したと発表した。核スピンを利用する量子メモリの開発への貢献が期待されるという。
量子コンピュータや量子情報通信、量子センサーなどの量子技術の研究開発が進展する中で、量子メモリへの関心が高まり、その候補の一つとして固体中の核スピンの利用が注目されている。
核スピンは原子核の回転のことで、ある方向を軸に回転している核スピンに、それと異なる方向から磁場をかけると、磁場の方向を軸とした歳差運動が起こる。この歳差運動の周期は原子核の種類によって決まっている。
この核スピンを操作する方法として、磁場中で電磁波を照射する核磁気共鳴法が知られているが、これまでの使い方だと広い領域で同時に核磁気共鳴が生じてしまうため、量子メモリへの応用には、集積回路上の所望の素子の核スピンを個別に操作できる新たな技術が求められている。
研究グループは今回、核磁気共鳴の周波数が固体中のひずみに対して敏感に変化するという性質に着目し、材料中の所望の位置に人為的にひずみを発生させることで核磁気共鳴を素子ごとに制御することを試みた。
ナノ加工技術を駆使して微細なメカニカル振動子を作製、振動子の振動の際に発生する周期的なひずみを材料中の核スピンに与えた。その結果、電磁波の照射で引き起こされた核スピンの核磁気共鳴の周波数が振動ひずみによって変化する様子が観測された。
また、振動ひずみと電磁波が組み合わさって引き起こされる「サイドバンド共鳴」という新たな核磁気共鳴を世界で初めて観測した。これを利用すると、素子単位で個別に核スピンを操作したり、核スピンの向きを読み出したりすることが可能になり、核スピンに情報を読み書きする量子メモリへの応用が期待できるという。
今後は複数の素子における核スピンの選択的制御を実現し、応用技術の開発を促進させたいとしている。
