【物理】大規模NMR量子コンピュータの実現に向けたスイッチ操作の原理を発見　物・材機構

物質・材料研究機構(NIMS) 極限計測ユニット 強磁場NMRグループの後藤敦 主幹研究員らの研究グループは、
NIMSの強磁場共用ステーションの設備および独自に開発した装置を用い、「量子コンピュータ」の有力候補の
1つである「固体核磁気共鳴(NMR)量子コンピュータ」の新しい操作原理を発見したことを明らかにした。
同成果は、英国オンライン科学雑誌「Nature Communications」にて公開された。

物質内の安定原子核の自転運動に起因する核スピンは、「核磁気共鳴法(NMR)」や磁気共鳴画像診断(MRI)など
における観測プローブとして、物理、化学、生化学、医療など様々な分野で活用されている。近年、その核スピン
を用いて、量子コンピュータを創成する研究が進んでおり、NMR量子コンピュータと呼ばれている。

NMR量子コンピュータは化学分析に用いられる通常のNMR装置と既知の有機分子の溶液を用いて、これまでに
数量子ビットの量子計算が実現している。しかし、量子コンピュータがその実力を発揮するためには、さらに
多くの量子ビットでの計算が必要で、この大規模化は「スケーラビリティ」と呼ばれ、量子コンピュータの
重要な性能の1つとされている。

固体NMR量子コンピュータは、固体(主として半導体)中の原子核スピンで量子ビットを構成する方式で、大規模
量子コンピュータ方式の有力な1つと見なされている。しかし、その実現にあたっては、量子ビットを構成する
核スピンと核スピンの間の相互作用(核スピン間相互作用)を制御し、スイッチングを行う必要があったが、
煩雑な操作が必要になっていたりと、技術的に難しかった。

今回の研究では、光のオン・オフという単純な操作により核スピン間の相互作用をスイッチ操作できることが
示されたほか、光の照射強度を増強すると、この相互作用の到達距離を長くできることも判明した。従来から
知られている短距離相互作用を想定した方式では、相互作用の確保のために量子ビットを互いに近接させる
必要があったが、今回の研究で発見された相互作用では離れた核スピン間でも作用するため、量子ビットの
配列に自由度をもたらす可能性があるという。

発見された原理は、代表的な化合物半導体の1つであるGaAsの中に含まれる2種類の核スピン、71Gaと 75Asを
対象に行った、光照射下での交差分極測定において見出された。交差分極とはNMR分析で用いられる手法の1つで、
今回の場合、71Ga核と75As核のそれぞれに作用する2種類の周波数の電磁波を試料に同時に照射することで、
75As核スピンの磁気モーメント(核磁化)を71Ga核に移動させることができる。その移動にかかる時間スケール
(特性時間)は、2つの核スピン間に働く相互作用の大きさで決まるため、光照射による特性時間の変化を調べる
ことで、核スピン間相互作用の大きさの変化が分かるというもの。

▽図1 GaAsにおける、75As→71Ga間の核磁化移動過程の光照射強度依存性。照射強度の増加に伴い、
α、βなどの尾根状の部分が順次現れると共に、尾根の位置が次第に磁化移動時間の短い方向へと移動する(点線矢印)。
より後に発生する尾根は、より遠方の71Gaへの磁化移動に対応する。
また、尾根の位置の移動は磁化移動速度の上昇を表している
http://j.mycom.jp/news/2011/07/07/054/images/011l.jpg

本文>>2以降に続く

▽記事引用元　マイコミジャーナル（2011/07/07）
http://journal.mycom.co.jp/news/2011/07/07/054/index.html

▽物質・材料研究機構プレスリリース
http://www.nims.go.jp/news/press/2011/07/p201107060.html

▽Nature Communications
「Optical switching of nuclear spin?spin couplings in semiconductors」
http://www.nature.com/ncomms/journal/v2/n7/full/ncomms1378.html

>>1続き

図1は、75As核から71Ga核への核磁化の移動過程の光照射強度による変化を示したもの。
非照射(照射強度0mW)時の磁化移動過程については、75Asに近接する71Gaへの既知の相互作用による
磁化移動であることがわかっており、
光照射強度を0mWから次第に増加させると、50mW付近から新しい磁化移動過程(αで示した尾根状の部分)が現れた。
これは、光照射により新たな71Ga核への磁化の移動が発生していることを示している。

すでに非照射時にて、近接する71Ga核への移動は完了しているため、次に現れる磁化移動はもう少し遠方の
71Gaへの磁化移動と同定できる。また、光の照射強度の増加に伴い、尾根状の部分が磁化移動時間の短い方向
に
移動するが、これは磁化移動にかかる時間が短くなること、すなわち、その71Gaとの相互作用が増大していることを
示している。さらに光強度を増加させると、βで示される別の新たな尾根が現れるとともに、その磁化移動時間が
短くなるが、これはさらに遠方の71Gaへの磁化移動が発生し、その相互作用が次第に増大することを示しているという。

これらの測定から、「光照射により、空間的に離れた2つの核スピンの間に新たな相互作用が発生し、その相互
作用は光照射強度の増加に伴い増強される」ということが判明したという。

同原理を、核スピンを適切に配置した構造に適用できれば、核スピン間のスイッチ操作が実現できると考えられる
と研究グループは指摘しており、これにより光照射がない時、数原子間隔離して置かれた2つの核スピン間の
相互作用が、(既知の短距離相互作用を含めて)オフの状態にあり、そこに光を照射することで、相互作用がオン
の状態となり、この切り替えを活用することで、将来的には相互作用の「スイッチ操作」が実現できるように
なるだろうとしている。

図2 今回発見された原理を用いることで将来実現が期待される「スイッチ操作」の概念図。赤矢印は核スピン、
青球は核スピンを持たない原子を表す。光(赤円)により相互作用(緑線)がオン状態となる
http://j.mycom.jp/news/2011/07/07/054/images/012l.jpg

なお、今回の成果は、現時点では「原理の発見」の段階であり、その実用化に当たっては克服すべき課題が
数多くあるものの、今後の技術の進展により、将来の核スピンの制御技術として、核スピンによる量子情報処理、
ひいては量子情報技術全体の発展につながることが期待できるものと研究グループではコメントしている。

以上本文引用ここまで

ｗｔｆ

いったいなにがはじまるくん

理論や原理ばっかり発見されてるが、
とりあえず低スペでいいから今の技術だけで
量子コンピュータの実機を作ることってできないのか？

脆いやつは却下

仕分け対象

Ｒ４自身が仕分けされてどっか行った

↓なんだってー！？AA

　　　　　　　　　ナ ゝ　　　ナ ゝ　/　 　 十＿"　 　 ー;=‐　　　　　　　　　|! |!
　　　　　　　　　　cト　　　　cト　/＾､_ﾉ　 | ､.__　つ　 （.__ 　 ￣￣￣￣ 　 ・ ・
ミﾐ:::;,!　　　　　　u　　　　　　　｀ﾞ"~´　　　ヾ彡::l／VvVw、 ,yvヾNヽ　　ゞヾ　 ,.　,.　,.　、､ヾゝヽr＝ヾ
ﾐ::::;/　　￣ﾞ`ｰ-.､　　　　　u　　;,,;　　　j　　 ヾk'!　' l　/ 'ﾚ ^ヽﾍ＼　　 ,rﾞゞﾞ-"､ノ /　l!　!ヽ ､､　|
ミ/　　　　J　　　ﾞ`ｰ､　　　"　;, ;;;　,;;　ﾞ　　u ヾi　　　 ,,./　,　,､ヾヾ　　 | '-- ､..,,ヽ　 j　 !　| Nヾ|
'"　　　　　　　_,,.. -─ゝ.､　　　;, "　;;　　　_,,..._ゞｲ__／/〃 i.! ilヾゞヽ　 | ､　 .r．　ヾ-､;;ﾉ,.:-一'"i
　　j　　　　／　　 ,.- ､　 ヾヽ、　;; ;;　_,-＜　　/／_,,＼' "' !|　:l ﾞi !_,,ヽ.l　`ー─--　 ｴｨ' (． 7 /
　　　　　　:　　　　' ・丿　　￣≠Ξｲ´,-､　ヽ /ｲ´ r．　`ー-'ﾒ ,.-´､　　i　　　　 u　　ヾ｀`ー' ｲ
　　　　　　 ＼_　　　 _,,......::　　　´ﾞi､　`¨　/　i　ヽ.__,,... '　 u ﾞl´.i･j.冫,ｲﾞl　 ／ ｀`-､..-　ノ　:u l
　　　u　　　　　￣￣　　彡"　　　、ヾ￣｀`ﾐ::.l　　u　　　j　　i､｀ー'　.i /　/､._　　　　｀'y　　 /
　　　　　　　　　　　　　　u　　　　　　｀ヽ　　ﾞ:l　　 ,.::- ､,,　,.　ノ　ﾞ u　!　/_　　￣　ー/　u　/
　　　　　　　　　　　_,,..,,_　　　　,.ｨ､　 ／　　　|　 /__　　 ｀`- ､_　　　 l　l　 ｀`ｰt､_　/　　／
　　ﾞ　　　u　　,.／´　"　 ｀`- ､_Ｊ　r'´　 u　丿　.l,...　｀ー一''/　　　ノ　 ﾄ ､,,_____　ﾞ/　／
　　　　　　　 ./＿_　　　　　　　　ｰ７　　　　/、　l　　 'ﾞ　ヽ/　 ,. '"　　＼｀ｰ--- ",.::く､
　　　　　　　/;;;''"　￣￣ ───/　　ﾞ　 ,::'　 ＼ヾﾆ==＝'"／ ｀- ､　　　ﾞー┬ '´　/　＼..,,__
、　　　　　 .i:⌒`─-､_,....　　　　l　　　／　　　　 ｀ー┬一'　　　　　 ヽ　　　 :l　 ／　 , '　｀ソヽ
ヾヽ　　　　 l　　　　　 `　 ｀ヽ、 l　 .／　　ヽ　　　　　 l　　　　　　　　　）　　,; ／　　　,'　　　　'^i

大規模MMO

量子コンピューティングって10年以上前から
実現寸前の状況を醸しだすニュースが多いんだが
ぜんぜん実体化してなんだよね

>>5
既にできいる。
たとえば因数分解とか、因数分解を応用した因数分解とか。
因数分解とか大好きになると幸せになる。

>>12
既にあるだろ、量子コンピュータと従来のコンピュータができることに
互換性はない。量子チューリングマシンなどで従来のコンピュータを模倣
しすれば、従来と同じ性能は出せる可能性ある。
基礎技術なので、目の前に万能の量子コンピュータと説明したら１００％嘘になる
結局は因数分解のようなことをするだけです。

量子コンピューターって現在のスパコンみたいに大型にしかならないの？
PCみたいにできないと、ゲームやるにしてもサーバで画像処理して
それをダウンロードしてみたいなやり方になるね

>>15
大型化したら量子コンピュータの意味がなくなる。
大型化することで情報伝達の信号の劣化や信号の遅延が発生する。
そもそも根本的に従来型とはまったく異次元の存在で現状のスパコンと
比較することが間違いの始まり。
比較して喩える例があるが、キチガイ学生や記者が誇張するときに
多用しているので誤解を生む。
量子コンピュータは従来のコンピュータが担う情報処理装置ではない、
情報処理装置で重要なのは計算ではなく、情報の伝達と識別や区別や
関係を処理すること。そこに計算を部分的に扱っているだけである。
情報処理装置でもっとも重要なのは高速で動作する大容量の記憶装置であって
計算は記憶装置の質と量があれば計算を無計算へ置き換えることが可能。

0と1だけじゃなく5種類くらいに変化できるものがあれば01234を使って効率よく高速にできないの？
あと脳だってニューロンに電気が流れる組み合わせや順番、強度などでも思考が変わるだろ？
0-1の積み重ねだけじゃないコンピューターを作る方向にももっていかないと。

でさ、完成したらこの料理は美味しいの？

もしかして量子コンピューターに関しては日本が独走してないか？？

まず核スピンから説明してくれ。電子と違って質量も大きいし、その質量も
原子番号が大きくなると共に大きくなるよね？
質量が大きくなるとスピンの速度も変化するの？
漢字１文字で説明よろ。

くそｗ先を越されたｗ

量子コンピュータか
やっぱり近い将来ダイレクトに脳と接続しそうだな

量子コンピュータができたら何ができるのか教えてくれ

>>16
量子ビットの指数を超えられないから
大型化しないと古典的コンピュータには勝てない

素子単体の処理速度とか回路のスケールを同じ条件で作れば、量子は01の上位互換になるよね？
量子にしかできないことってのがわからん

すげえOriginだなｗ

>>17
DNAコンピューターというものがあってだな

量子好きだ量子〜

mW級の強度の光、移動時間はms単位
なんだろう、リレー計算機時代の論理素子でも見ている気分だが、こんなんでいいのか

>>19
もうアメリカで製品化されてるよ。

>>29
演算量はサイクル時間の二乗で増えていくんだからいいんじゃないか？？
量子コンピュータは言うなれば動かせば動かすほど演算速度が上がるわけだ。
尻上がりなんだよ。

現実味を帯びるにはまだ早いか

石油枯渇や核融合と同じであと３０年で実現といわれ続けて気がつけばもう５０年。
ってなことになる技術の代表格。

>>32
もう商品化されてるって。
だいたい量子計算は組み合わせ解析とかそういう特定分野しか使えないし
たとえばHD動画の編集を一瞬で終わらせたいなら、単純に動作周波数が上がる
分子スイッチとかに期待するべき。あれは1THzくらいいけるし

　　　　　　　N /i/´ ﾞ￣￣｀`ヾ)＿　　　　　　∧　　/
　　　　　　　 Nヾ　ﾞ　　　　　　　　ﾞヽ　　　|＼/　∨l/
　　　　　　　Nﾞ､　　　　　　　　　　　 ﾞi　_|｀
　　　　　　 Nﾞゞ　　　　　　　　　　　　.! ヽ　　　
　　　　　　 ゞミﾐ､　　ノ,彡ｲﾊヾ、　　i　Z　　
　　　　　　 ー-r-==､'リノ_ﾉ_,.ヾミ,.ｨ,ﾆi　ヽ　
.　　　　　　　　{i　｀ﾞ';l={ﾞ´石ゞ}='´ﾞ'r_/　〈　　予想通りのMMRスレ！　
.　　　　　　　　｀ iー'/　ヾ､__,.ﾉ　 /i´　　/　　　
　　　　　　　　　　!　 ﾞﾆ-=､　 u / ,ト,　∠_
　　　　　　　　 　 ヽ、i'､_丿　／／/ ヽ　/_　
　　　　　　　　＿,.ｨﾍヽ二 ｨ'_／　/　　ﾞi＼|／Wlﾍ
　　-‐ '''" '￣／　i　ヽ_.／´ 　 ./　 　 .|　｀＼　　 ∨＼
　　　　　　／　　/ィ´￣ﾞi　　　/　　　ir＝､　 l'i"ヽ､
　　　　 ∠__,,..-ｲ　i　　 /＼_,ｲ,=-、　i ､,.ゞ､ | ﾞ'"ヽ ＼
! 　 　 .i-'´　　,i | ./｀ﾞ'i'　　 /i_.!._,..ヽ＜!　　ﾞi､ﾞi.　 =ﾞ!　 ＼
!　　　 |　　　.,iﾞ::|/　　.|　 ,/::/-i　　 ﾞi　ﾞi　三ﾞi ﾞi　　 | /⌒
i/　　 .|　　　,iﾞ:::i'　 　 | ,/ ::/= .|三.　ﾞi/.|　　 .| .|　　.ij:.　
.l〉　　 |　　 ,iﾞ :::|　　　.!' ::::iﾞ'i　　ﾄ.　　ﾞi　|　_,.. V　＝,!　
　!　　 |　　,iﾞ ::::|　　 / ::::::|　l=　ヾ!.._　ヽ｣　"´;i　　:.:i　./
. |　　 .|　 .,i ::::::|　 ,/::::::::::|　 ヾ:.:.　ヾ::"　ﾞ　　　　　/／
│　　 |　 ,i::::::::| ,/ .::::::::: |　　　ﾞi.:.:.:.:.:､:.:.:.:.:.:.:.:.:.:／,ｨ'"´
.| 　 　 |　 i::::::::,ｲ::::::::::::::::|　　　/ﾄ､;:;:;:;:;:;:;:;:;:;::,ノi|Y

デタラメにローマ数字を100個並べて、その数字が素数になる確率を計算して下さい。

中国人韓国人留学生を追い出せとまでは言わないけど
せめて監視をつけるべき

この宇宙自体が量子コンピュータによる演算結果

>>35
素数定理から、約1/ln(10^100)つまり1/230くらいかなあ。
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E7%B4%A0%E6%95%B0%E5%AE%9A%E7%90%86

これで、人間よりコンピュータが上回るな。

コンピュータの情報処理の力は圧倒的に人間を上回るけど
芸術的な分野では人間に圧倒的に劣る

ｐｃ９８上のエミュレーターでwindows7動かすようなもの

量子コンピュータという名前は消滅し、スピンエレクトロニクスとして
実現すると言われています。

もうすぐ量子コンピュータという言葉自体が死語になるから。

>>42
最近スピンってよく聞くようになった
俺の一番古い記憶はMRAMのスピンで書き込むヤツかな
このスピンで合ってる？

スピントロニクスじゃないの？

しまった
俺の一番古いスピンの記憶は超電磁スピンだった

話は聞かせてもらった

>>45
怒りを込めて、嵐を呼ぶぜ！

>>42
01も量子に変わりはないから？
でも量子コンピュータは脳みたいなアナログコンピュータの対義語として生き残ると思けどな

なんだ、量子もつれの維持、操作ができるわけじゃないのか

あと100年は無理だろうから割とどうでもいい

>>42
量子ビットとしてスピン量子数を利用し、量子演算を行う話と
通常の電流の代わりにスピンカレントを用いるエレクトロニクスの話は全然別物
スピントロニクスは量子ロジックの構成にもおそらく役立つというだけ

ものすごーいことやってるけど
１＋１は計算できません。

例えば現在のPCで難しい処理を、100ﾄﾝの砂糖の内の一粒にだけ赤色に塗って、滑り台から滑らせたら赤色の一粒がどこに移動するか？という計算だったとする。

んでその処理するのに1年かかるとしたら、実際に100ﾄﾝの砂糖で実験した方が速いじゃん。ってなる。つまり計算するより実際にある物理現象を利用したほうが速いって考え。

量子コンピュータもこれと同じで、量子もつれの相互作用というパラレルワールドを利用したような物理現象を利用した計算機。

>>53
違います

>>14
わからないことを無理に説明しようとしなくていいんだ。
君、たぶん何も知らない。

パラメトロンって現在の技術で復活できないかな

紫色のバリアのことだな。

>>54　
53ではないが、違うと言っただけではだめだろ。
ちゃんと説明しろよｗ

>>1
http://unkar.org/r/news/1313541070
これが現実