(57)【要約】【課題】規則的に配列された複数のキュービットを含む演算素子を提供する。【解決手段】中空構造のカーボンナノチューブ１０に、フラーレン２１に内包原子２２が内包されてなる複数の内包フラーレン２０を収容させることにより、演算素子１００を構成する。カーボンナノチューブ１０に複数の内包フラーレン２０が収容される際、そのカーボンナノチューブ１０に各内包フラーレン２０が必然的に規則配列されながら収容されるため、複数の内包フラーレン２０が、カーボンナノチューブ１０内においてその延在方向に沿って規則的に配列される。しかも、この構成の演算素子１００では、スピンの緩和時間が十分に長くなる。複数の内包フラーレン２０、すなわちキュービットを容易に配列制御することが可能になるため、それらのキュービットを規則的に配列させることができる。【選択図】　　図１
2004102330.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空構造の筒状分子と、
この筒状分子に収容された球殻状分子と、
この球殻状分子に内包され、核スピンが零以外の値を有する内包原子と
を含むことを特徴とする演算素子。
【請求項２】
前記筒状分子は、グラフェン構造を有する炭素クラスターである
ことを特徴とする請求項１記載の演算素子。
【請求項３】
前記筒状分子は、カーボンナノチューブである
ことを特徴とする請求項２記載の演算素子。
【請求項４】
前記球殻状分子は、フラーレンである
ことを特徴とする請求項１記載の演算素子。
【請求項５】
前記内包原子は、窒素原子（１４Ｎ）またはリン原子（３１Ｐ）の少なくとも１種である
ことを特徴とする請求項１記載の演算素子。
【請求項６】
球殻状分子に核スピンが零以外の値を有する内包原子が内包されてなる複数の内包球殻状分子を、中空構造の筒状分子に収容させる工程を含む
ことを特徴とする演算素子の製造方法。
【請求項７】
有機溶媒中に前記筒状分子および前記複数の内包球殻状分子を分散させたのち、
前記有機溶媒を揮発させることにより、前記筒状分子に前記複数の内包球殻状分子を収容させる
ことを特徴とする請求項６記載の演算素子の製造方法。
【請求項８】
真空中に前記筒状分子および前記複数の内包球殻状分子を投入したのち、
前記複数の内包球殻状分子を加熱して昇華させることにより、それらの内包球殻状分子を前記筒状分子に収容させる
ことを特徴とする請求項６記載の演算素子の製造方法。
【請求項９】
前記筒状分子に、前記複数の内包球殻状分子と共に、さらに、前記内包原子が内包されていない複数の非内包球殻状分子を収容させるようにし、
前記内包球殻状分子の収容割合を、前記非内包球殻状分子の収容割合よりも小さくする
ことを特徴とする請求項６記載の演算素子の製造方法。
【請求項１０】
前記内包球殻状分子の収容割合を全体の５０％未満にすることを特徴とする請求項９記載の演算素子の製造方法。
【請求項１１】
末端部が閉塞している前記筒状分子を酸性溶液中に浸漬させて部分的に溶解させることにより、その末端部を開口させる工程を含む
ことを特徴とする請求項６記載の演算素子の製造方法。
【請求項１２】
前記筒状分子にアルカリ処理を施して清浄化する工程を含む
ことを特徴とする請求項６記載の演算素子の製造方法。
【請求項１３】
前記筒状分子に精製処理を施して純度を高める工程を含むことを特徴とする請求項６記載の演算素子の製造方法。
【請求項１４】
中空構造の筒状分子と、この筒状分子に収容された球殻状分子と、この球殻状分子に内包され、核スピンが零以外の値を有する内包原子とを含む演算素子と、
前記内包原子に磁界を印加する磁界印加手段と、
前記内包原子に交流磁場を印加する交流磁場印加手段と、
前記内包原子において発生する電流を検出する電流検出手段と
を備えたことを特徴とする演算装置。
【請求項１５】
中空構造の筒状分子と、この筒状分子に収容された球殻状分子と、この球殻状分子に内包され、核スピンが零以外の値を有する内包原子とを含む演算素子のうちの前記内包原子に、磁界を印加するステップと、
前記内包原子に交流磁場を印加するステップと、
前記内包原子において発生する電流を検出するステップと
を含むことを特徴とする演算方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、量子計算機（量子コンピュータ）において量子演算を行うために用いられる演算素子およびその製造方法、ならびに演算素子を用いて量子演算を実行する演算装置および演算方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
１９９４年にショア（Ｐ．Ｓｈｏｒ）が量子アルゴリズムを発見して以来、その量子アルゴリズムを利用した量子計算機の研究が盛んに行われている。この量子計算機、すなわち量子チューリング計算機は、現在普及している古典チューリング計算機の進化系に相当するものであり、超並列計算の実現等に関して大きな期待が寄せられている。量子計算機の実現に基づく具体的な利点としては、例えば、因数分解問題や離散対数問題を高速かつ小さな誤り確率で演算可能な点が挙げられる。
【０００３】
量子計算機では、量子演算を実行するために、古典的なビットの代わりに量子ビット（ｑｕａｎｔｕｍ　ｂｉｔ　（Ｑｕｂｉｔ　）；以下、「キュービット」という）が用いられる。量子計算機のビットモデルとしては、例えば、光子・量子ドットなどの単一量子をキュービットとして用いるものや、バルクな性質を有するスピンなどを一定の条件下で擬似的なキュービットとして用いるものなどが挙げられる。このうち、特に、バルクな性質を有するスピンを利用したキュービットは、取り扱いが容易な点や、デバイスとして利用し易い点等に基づいて、大きな注目を集めている。
【０００４】
キュービットとしては、例えば、シリコン基板中にリンイオン（３１Ｐ＋　）を導入したものが挙げられる。しかしながら、この種のキュービットは、加工ならびに配列制御が困難な点で問題を抱えているため、未だ実験段階を出ていない。そこで、近年、上記した問題を克服するために、キュービットとして内包フラーレンを用いる手法が提案されている。この内包フラーレンとは、球殻状構造のフラーレン（例えばＣ６０）に所定の単一原子が内包されたものである。内包フラーレンは、印加磁場に対するスピンの緩和時間が極めて長くなる点で利点を有するため、スピン状態の重ね合わせが必要な量子計算システムに理想的に応用可能であると考えられる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、量子計算機においてキュービットを利用する場合には、そのキュービットの位置制御が重要なファクターとなる。現状では、ランダム配置型の内包フラーレンに関しては既にいくつかの実験がなされ、製造技法が確立されつつある。しかしながら、規則配列型の内包フラーレンに関しては十分な実験がなされておらず、製造技法の確立が未だ見込めない状況にある。内包フラーレンの配列制御を目的とした試みとしては、例えば、平面基板上に複数の内包フラーレンを配列し、磁場を印加して各内包フラーレンのスピンを揃えることにより内包フラーレンの配列方向を制御する手法が提案されているが、未だアイディア段階に過ぎないと言わざるを得ない。バルクな性質を有するスピンをキュービットとして用いる場合、印加磁場に対するキュービットの配向応答性が非常に重要となるため、キュービットの配列制御技法の確立が強く望まれている。
【０００６】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その第１の目的は、規則的に配列された複数のキュービットを含む演算素子を提供することにある。
【０００７】
また、本発明の第２の目的は、複数のキュービットを容易に配列制御することが可能な演算素子の製造方法を提供することにある。
【０００８】
また、本発明の第３の目的は、上記した演算素子を用いて量子演算を実行可能な演算装置および演算方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る演算素子は、中空構造の筒状分子と、この筒状分子に収容された球殻状分子と、この球殻状分子に内包され、核スピンが零以外の値を有する内包原子とを含むものである。
【００１０】
本発明に係る演算素子の製造方法は、球殻状分子に核スピンが零以外の値を有する内包原子が内包されてなる複数の内包球殻状分子を、中空構造の筒状分子に収容させる工程を含むようにしたものである。
【００１１】
本発明に係る演算装置は、中空構造の筒状分子と、この筒状分子に収容された球殻状分子と、この球殻状分子に内包され、核スピンが零以外の値を有する内包原子とを含む演算素子と、内包原子に磁界を印加する磁界印加手段と、内包原子に交流磁場を印加する交流磁場印加手段と、内包原子において発生する電流を検出する電流検出手段とを備えたものである。
【００１２】
本発明に係る演算方法は、中空構造の筒状分子と、この筒状分子に収容された球殻状分子と、この球殻状分子に内包され、核スピンが零以外の値を有する内包原子とを含む演算素子のうちの内包原子に、磁界を印加するステップと、内包原子に交流磁場を印加するステップと、内包原子において発生する電流を検出するステップとを含むようにしたものである。
【００１３】
本発明の演算素子では、核スピンが零以外の値を有する内包原子が内包されてなる複数の球殻状分子が筒状分子に収容されているため、筒状分子内においてその延在方向に沿って複数の球殻状分子が必然的に規則配列される。なお、「核スピン（またはスピン量子数）」とは、原子核の全角運動量をいい、全核子のスピンと軌道核運動量との和である。この核スピンは、一般的に文字Ｉで表される。
【００１４】
本発明に係る演算素子の製造方法では、核スピンが零以外の値を有する内包原子が内包されてなる複数の球殻状分子を筒状分子に収容させる過程において、その筒状分子に複数の球殻状分子が必然的に規則配列されながら収容される。
【００１５】
本発明に係る演算装置または演算方法では、まず、球殻状分子に内包されている内包原子に磁界が印加される。続いて、内包原子に交流磁場が印加される。最後に、内包原子において磁界が発生し、この磁界に基づいて発生した電流が検出されることにより、量子演算が実行される。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１７】
まず、図１を参照して、本発明の一実施の形態に係る演算素子の構成について説明する。図１は演算素子１００の構成を模式的に表している。
【００１８】
図１に示した演算素子１００は、例えば量子計算機において量子演算を行うために利用されるものであり、キュービットとして内包フラーレンを用いたものである。この演算素子１００は、中空構造のカーボンナノチューブ１０に、複数の内包フラーレン２０が収容された構成（ピーポッド（ｐｅａｐｏｄ）構造）をなしている。
【００１９】
カーボンナノチューブ１０は、グラフェン構造を有する炭素クラスターであり、１９９１年に発見された筒状の炭素分子である。ここで、「グラフェン構造」とは、グラファイトの単一層構造をいい、「クラスター」とは、複数の原子または分子が凝集して形成される原子または分子の集団をいう。このカーボンナノチューブ１０は、グラフェン構造を筒状に丸めた構造をなしており、その中空部分の内径はナノメートルサイズである。カーボンナノチューブ１０の具体的な寸法としては、例えば、長手方向の長さが約１．０μｍ〜１０．０μｍ，中空部分の内径が約１．０ｎｍ〜２．０ｎｍである。なお、ここで用いているカーボンナノチューブ１０は、例えば、１９９３年に発見された単層構造をなすもの（単層カーボンナノチューブ；ＳＷＣＮＴ（ｓｉｎｇｌｅ　ｗａｌｌｅｄ　ｃａｒｂｏｎ　ｎａｎｏ　ｔｕｂｅ））であり、その両末端部が開口している。このカーボンナノチューブ１０は、例えばＳＴＭプローブ（図示せず）により両端を支持されており、長手方向に直線状に延在している。
【００２０】
内包フラーレン２０は、フラーレン２１（例えばＣ６０）に所定の原子（内包原子）２２が内包されたものである。フラーレン２１は、１９８５年に発見されたサッカーボール（球殻）状の炭素分子であり、その直径は約０．７ｎｍである。内包原子２２は、核スピンが零以外の値を有する原子、例えば窒素原子（１４Ｎ），リン原子（３１Ｐ）などの非金属原子や、ガドリニウム原子（Ｇｄ），ユウロピウム原子（Ｅｕ），サマリウム原子（Ｓｍ）などの金属原子であり、ここでは具体的には窒素原子（１４Ｎ）またはリン原子（３１Ｐ）である。この内包原子２２は、フラーレン２１と化学的に結合しておらず、そのフラーレン２１から独立して存在している。
【００２１】
カーボンナノチューブ１０には、例えば、内包フラーレン２０と共に、さらに、内包原子２２が内包されていない非内包フラーレン（図１では図示せず）が収容される場合がある。この場合には、例えば、内包フラーレン２０の収容割合が非内包フラーレンの収容割合よりも小さいのが好ましい。具体的には、例えば、各内包フラーレン２０間の距離を確保し、それらの内包フラーレン２０間のスピン相互作用を防止するために、内包フラーレン２０の収容割合が全体の５０％未満であることが好ましい。
【００２２】
なお、カーボンナノチューブ１０や内包フラーレン２０を構成する炭素原子の結合状態が明確となるように、図１に示した演算素子の構成を詳細に表すと、図２に示した通りとなる。
【００２３】
次に、図１および図２を参照して、演算素子１００の製造方法について説明する。
【００２４】
演算素子１００を製造する際には、まず、例えば、アーク放電法、レーザアブレーション法またはＣＶＤ（化学蒸着）法などを利用して、中空構造のカーボンナノチューブ１０を形成する。また、例えば、窒素プラズマ中でフラーレン２１を昇華させたり、イオンインプランテーション法を使用してフラーレン２１に窒素やリンを導入することにより、フラーレン２１に内包原子２２が内包された内包フラーレン２０を形成する。
【００２５】
続いて、カーボンナノチューブ１０に複数の内包フラーレン２０を収容させることにより、演算素子１００が完成する。カーボンナノチューブ１０に複数の内包フラーレン２０を収容させる具体的な手法としては、例えば、内包原子２２が金属系の場合には、真空中にカーボンナノチューブ１０および複数の内包フラーレン２０を投入したのち、約３００度以上の高温となるように内包フラーレン２０を加熱して昇華させることにより、カーボンナノチューブ１０に各内包フラーレン２０を収容させる。あるいは、例えば、内包原子２２が非金属系の場合には、エタノールやトルエンなどの有機溶媒中にカーボンナノチューブ１０および複数の内包フラーレン２０を分散させたのち、その有機溶媒を揮発させることにより、カーボンナノチューブ１０に各内包フラーレン２０を収容させる。この際、例えば、上記したように、カーボンナノチューブ１０に内包フラーレン２０と共に非内包フラーレンを収容させる場合には、内包フラーレン２０の収容割合が非内包フラーレンの収容割合よりも小さくなるように、内包フラーレン２０の投入量を調整する。
【００２６】
なお、カーボンナノチューブ１０に内包フラーレン２０を収容させる際には、必要に応じて、以下の処理を行うようにするのが好ましい。すなわち、第１に、例えば、形成後のカーボンナノチューブ１０の末端部が閉塞していると、そのカーボンナノチューブ１０に内包フラーレン２０を収容させることができないため、例えば塩酸などの酸性溶液中にカーボンナノチューブ１０を数時間浸させ、その末端部を部分的に溶解して開口させる。第２に、例えば、カーボンナノチューブ１０に不純物が付着していると、その不純物がカーボンナノチューブ１０に混入するおそれがあるため、例えば水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）などのアルカリ溶液を用いてカーボンナノチューブ１０を洗浄する（アルカリ処理）。第３に、カーボンナノチューブ１０の形成純度が低いと、そのカーボンナノチューブ１０自体に不純物が含まれているおそれがあるため、内包フラーレン２０を収容させる前にカーボンナノチューブ１０を精製し、その純度を高める（精製処理）。
【００２７】
次に、図１〜図４を参照して、演算素子１００を用いた演算装置の構成について説明する。図３は演算装置のブロック構成を表し、図４は演算装置の概略構成を模式的に表している。
【００２８】
この演算装置は、核磁気共鳴現象（ＮＭＲ；Ｎｕｃｌｅａｒ　Ｍａｇｎｅｔｉｃ　Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）を利用して演算処理１００の量子状態を検出することにより演算処理を実行するものであり、磁界印加手段１１０と、交流磁場印加手段１２０と、電流検出手段１３０とを備えている。
【００２９】
磁界印加手段１１０は、図示しない磁界印加用のコイルを通じて演算素子１００の内包原子２２に磁界Ｈを印加するものである。交流磁場印加手段１２０は、内包原子２２に交流磁場を印加するものである。電流検出手段１３０は、内包原子２２において発生した電流を上記コイルを通じて検出するものである。
【００３０】
この演算装置では、磁界印加手段１１０から演算素子１００の内包原子２２に磁界Ｈが印加された状態において、交流磁場印加手段１２０から内包原子２２に交流磁場が印加されると、内包原子２２において核磁気共鳴現象が生じる。これにより、内包原子２２においてスピンが揃うことにより磁界が発生し、その磁界に基づいて発生した電流が電流検出手段１３０において検出されるため、内包原子２２のスピンの方向に基づいて量子状態が区別される。
【００３１】
以上説明したように、本実施の形態に係る演算素子およびその製造方法では、カーボンナノチューブ１０に複数の内包フラーレン２０が収容された構成をなすようにしたので、以下の理由により、複数のキュービットを容易に配列制御し、それらのキュービットを規則的に配列させることができる。
【００３２】
図５〜図７は演算素子の量子演算機構を説明するためのものであり、図５はスピン間の相互作用，図６は本実施の形態に対する比較例としての演算素子の量子演算機構，図７は本実施の形態の演算素子の演算機構をそれぞれ説明するためのものである。図６に示した比較例としての演算素子は、例えば、上記「発明が解決しようとする課題」の項において例示したように、平面基板４０上に複数の内包フラーレン２０が配列されたものである。
【００３３】
バルクな性質を有するスピンを利用したキュービットを含む演算素子用いて量子演算処理を実行可能とするためには、磁界を利用してスピンの向きを揃え、そのスピンの緩和時間を長くすることにより、各キュービット間の量子状態の重ね合わせを長く維持する必要がある。
【００３４】
しかしながら、上記「従来の技術」の項において例示した、シリコン基板にリンイオン（３１Ｐ＋　）よりなるキュービットが導入された演算素子について緩和時間を長くするためには、核スピン＝０（ゼロ）のシリコン基板を用い、そのシリコン基板と核スピン＝１／２のリンイオンとの間に相互作用を及ぼし合わないようにしたり、あるいは１００ｍＫ程度の極低温冷却処理を必要とするなど、取り扱いが煩雑になる。しかも、上記したように、キュービットの加工ならびに配列制御が困難な上、同位体シリコンなどの高価なシリコン基板を用いなければならない。この種の演算素子におけるスピン間の相互作用は、図５に示したように、スピンＳの配列方向ＲＳと交流磁場Ｈの印加方向ＲＨとのなす角度θに依存することとなり、Ｊ０　（１−３ｃｏｓ２　θ）Ｓ１ｚＳ２Ｚと表される（Ｊ０　は定数、Ｓｎｚはｎ番目のスピンに関するＺ方向の成分）。
【００３５】
また、図６（Ａ），（Ｂ）に示した比較例としての演算素子では、平面基板４０上に、キュービットとして複数の内包フラーレン２０が配列されているため、上記したように、磁界を利用して各内包フラーレン２０のスピンを揃えれば、交流磁場Ｈの印加方向に対して平面基板４０を直交させたり（図６（Ａ））、または平面基板４０を傾けることにより（図６（Ｂ））、内包フラーレン２０の配列方向を制御することが可能になる。しかしながら、この種の演算素子では、所定の配列方向に沿って内包フラーレン２０を配列させることが困難である。このため、この種の演算素子では、平面基板４０上へ複数の内包フラーレン２０を配列させるのに長時間を要してしまう。
【００３６】
これに対して、図７（Ａ），（Ｂ）に示した本実施の形態の演算素子では、カーボンナノチューブ１０に複数の内包フラーレン２０が収容されているため、カーボンナノチューブ１０に複数の内包フラーレン２０が収容される過程において、これらの複数の内包フラーレン２０は、カーボンナノチューブ１０の延在方向に沿って必然的に規則配列されながら収容される。これにより、例えばＳＴＭプローブで両端を支持してカーボンナノチューブ１０を長手方向に直線状に延在させると共に、磁界Ｈを利用して各内包フラーレン２０のスピンを揃えれば、磁界Ｈの印加方向に対してカーボンナノチューブ１０の延在方向を直交させたり（図７（Ａ））、またはカーボンナノチューブ１０の延在方向を傾けることにより（図７（Ｂ））、内包フラーレン２０の配向方向を制御することが可能になる。しかも、この種の演算素子ではスピンの緩和時間が長くなるため、内包フラーレン２０（キュービット）の量子状態の重なり合いを制御することが可能になる。したがって、本実施の形態では、内包フラーレン２０よりなる複数のキュービットを容易に配列制御することが可能になるため、それらのキュービットを規則的に配列させることができるのである。
【００３７】
なお、本実施の形態の演算素子に関するスピン間相互作用は、図８に示したようになる。すなわち、２つの内包フラーレン２０間の距離をＲとし、これらの内包フラーレン２０の配列方向が磁界Ｈの印加方向に対して角度θをなすとすると、２つの内包フラーレン２０（スピン）間の相互作用はＪ（Ｒ，θ）Ｓ１ｚＳ２Ｚと表される（Ｊは定数、Ｓｎｚはｎ番目のスピンに関するＺ方向の成分）。
【００３８】
また、本実施の形態では、カーボンナノチューブ１０に、内包フラーレン２０と共に非内包フラーレンを収容し、内包フラーレン２０の収容割合を非内包フラーレンの収容割合よりも小さくすれば、おおむね各内包フラーレン２０間に非内包フラーレンが位置することとなり、各内包フラーレン２０が非内包フラーレンを介して適当に隔てられる。したがって、内包フラーレン２０同士が接近しすぎることに起因してスピン相互作用が過剰に大きくなることを防止することができる。
【００３９】
特に、本実施の形態に係る演算装置および演算方法では、本発明の演算素子１００の内包原子２２に磁界Ｈを印加した状態において、さらに内包原子２２に交流磁場を印加し、その内包原子２２において発生する電流を検出するようにしたので、内包原子２２のスピンの方向に基づいて量子状態を区別することが可能になる。したがって、本発明の演算素子１００を用いて量子演算を実行することができる。
【００４０】
【実施例】
次に、本発明の具体的な実施例について、詳細に説明する。以下の手順により本発明の演算素子１００を製造したのち、その演算素子１００の性能を評価した。
【００４１】
すなわち、まず、レーザーアブレーション法を利用して、単層構造のカーボンナノチューブ１０を形成した。この際、形成条件としてアルゴン（Ａｒ）雰囲気中、電気炉温度＝約１２００度とし、光源としてＮｄ：ＹＡＧレーザー（波長＝１０６４ｎｍ）を用いた。カーボンナノチューブ１０を形成したのち、純度を向上させるために、カーボンナノチューブ１０に対して一般的な精製処理を施した。具体的な精製手順としては、カーボンナノチューブ１０に関して、約１００度の過酸化水素中において約６時間に渡って環流させたのち、水酸化ナトリウム水溶液で約３時間に渡って超音波処理し、さらに塩酸中に一晩浸した。
【００４２】
続いて、窒素プラズマ中でフラーレン２１（Ｃ６０）を昇華させることにより、フラーレン２１に内包原子２２として窒素原子（１４Ｎ）が内包された内包フラーレン２０を形成した。
【００４３】
続いて、トルエン中にカーボンナノチューブ１０および複数の内包フラーレン２０を分散させたのち、市販の超音波装置を使用して、約１時間以上に渡って分散液に超音波処理を施した。カーボンナノチューブ１０を分散させる際には、吸着物質を除去して内包フラーレン２０の収容効率を高めるために、分散前に必要に応じてカーボンナノチューブ１０に熱処理を施した。この熱処理の条件としては、例えば、１０−４Ｐａ以上の真空環境下、熱処理温度＝約１００度とした。分散時には、分散時間を長くするほど、後工程においてカーボンナノチューブ１０に対する内包フラーレン２０の収容率が高まることとなるため、適当な収容率が得られるように分散時間を調整した。
【００４４】
続いて、カーボンナノチューブ１０および内包フラーレン２０が分散されたトルエンを加熱してそのトルエンを揮発させることにより、カーボンナノチューブ１０に複数の内包フラーレン２０を収容させた。これにより、カーボンナノチューブ１０内において複数の内包フラーレン２０が規則的に配列されることとなり、図１に示した演算素子１００が完成した。なお、演算素子１００としては、内包原子２２が窒素原子（１４Ｎ）のものと共に、リン原子（３１Ｐ）のものも併せて作製した。
【００４５】
これらの演算素子１００について、電子スピン共鳴装置（ＥＳＲ；ｅｌｅｃｔｒｏｎ　ｓｐｉｎ　ｒｅｓｏｎａｎｃｅ　）を用いてスピン−格子緩和時間Ｔを測定した。その結果、スピン−格子緩和時間Ｔは、内包原子２２が窒素原子（１４Ｎ）の場合、室温で約１２０μｓｅｃ，５Ｋで約１ｓｅｃであり、リン原子（３１Ｐ）の場合、室温で約３μｓｅｃ，５Ｋで約１ｓｅｃであった。このことから、内包原子２２が窒素原子（１４Ｎ）またはリン原子（３１Ｐ）のいずれの場合においてもスピン−格子緩和時間Ｔが十分に長くなり、本発明の演算素子１００を用いて量子演算処理を有効に実行可能であることが確認された。
【００４６】
以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態において説明した態様に限定されるものではなく、種々変形可能である。具体的には、例えば、上記実施の形態では、フラーレン２１としてＣ６０を用いるようにしたが、必ずしもこれに限られるものではなく、内包原子２２を内包可能である限り、他の高次フラーレン（例えばＣ７０等）を用いるようにしてもよい。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の演算素子によれば、中空構造の筒状分子に、核スピンが零以外の値を有する内包原子が内包されてなる複数の球殻状分子が収容された構成をなすようにしたので、各球殻状分子は、筒状分子内においてその延在方向に沿って必然的に配列される。しかも、この構成にすれば、スピンの緩和時間が十分に長くなる。したがって、規則的に配列された複数の球殻状分子（キュービット）を含む演算素子を実現することができる。
【００４８】
また、請求項６ないし請求項１３のいずれか１項に記載の演算素子の製造方法によれば、中空構造の筒状分子に、球殻状分子に核スピンが零以外の値を有する内包原子が内包されてなる複数の内包球殻状分子を収容させるようにしたので、その収容過程において、筒状分子に複数の球殻状分子が必然的に規則配列されながら収容される。したがって、複数の球殻状分子（キュービット）を容易に配列制御することができる。
【００４９】
また、請求項１４に記載の演算装置または請求項１５に記載の演算方法によれば、本発明の演算素子の内包原子に磁界を印加した状態において、さらに内包原子に交流磁場を印加し、その内包原子において発生する電流を検出するようにしたので、内包原子のスピンの方向に基づいて量子状態を区別することが可能になる。したがって、本発明の演算素子を用いて量子演算を実行することができる。
【００５０】
上記の他、請求項９記載の演算素子の製造方法によれば、筒状分子に内包球殻状分子と共に非内包球殻状分子を収容し、内包球殻状分子の収容割合を非内包球殻状分子の収容割合よりも小さくすれば、各内包球殻状分子が非内包殻球状分子を介して適当に隔てられる。したがって、各内包球殻状分子間においてスピン相互作用が過剰に大きくなることを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る演算素子の構成を模式的に表す図である。
【図２】図１に示した演算素子の構成を詳細に表す図である。
【図３】本発明の一実施の形態に係る演算装置のブロック構成を表すブロック図である。
【図４】図３に示した演算装置の概略構成を模式的に表す図である。
【図５】スピン間の相互作用を説明するための図である。
【図６】本発明の一実施の形態に係る演算素子に対する比較例としての演算素子の量子演算機構を説明するための図である。
【図７】本発明の一実施の形態に係る演算素子の量子演算機構を説明するための図である。
【図８】本発明の一実施の形態に係る演算素子におけるスピン（内包フラーレン）間の相互作用を説明するための図である。
【符号の説明】
１０…カーボンナノチューブ、２０…内包フラーレン、２１…フラーレン、２２…内包原子、１００…演算素子、１１０…磁界印加手段、１２０…交流磁場印加手段、１３０…電流検出手段、Ｈ…磁界。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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