WO2022039207A1 - 情報生成装置及び情報生成方法 - Google Patents

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WO2022039207A1
WO2022039207A1 PCT/JP2021/030289 JP2021030289W WO2022039207A1 WO 2022039207 A1 WO2022039207 A1 WO 2022039207A1 JP 2021030289 W JP2021030289 W JP 2021030289W WO 2022039207 A1 WO2022039207 A1 WO 2022039207A1
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magnetic field
magnetic
information
state
mode
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Application number
PCT/JP2021/030289
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English (en)
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崇彦 巻内
直人 横井
友智 日置
英治 齊藤
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国立大学法人東京大学
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y10/00—Nanotechnology for information processing, storage or transmission, e.g. quantum computing or single electron logic
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F7/00—Methods or arrangements for processing data by operating upon the order or content of the data handled
    • G06F7/38—Methods or arrangements for performing computations using exclusively denominational number representation, e.g. using binary, ternary, decimal representation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/82—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by variation of the magnetic field applied to the device

Definitions

  • the present invention relates to an information generation device and an information generation method.
  • Patent Document 1 describes a quantum computer composed of qubits using a superconducting material.
  • a cooling device capable of accommodating the superconducting material or the like is used, but the space inside the cooling device is limited.
  • a computer that can operate at room temperature is realized by utilizing the dynamics of magnetism in a magnetic material, it is considered that a large-scale computer can be constructed because there is no space limitation.
  • the precession of the macroscopic magnetic moment in a magnetic material is attenuated in a relaxation time of about several tens to several hundreds of nanoseconds. This relaxation time is shorter than the coherence time of up to several hundred microseconds of a quantum computer using superconducting materials. Therefore, there is a limit to the calculation algorithm that can be executed.
  • an object of the present invention is to provide an information generation device and an information generation method that realize coherence for a longer time in magnetic dynamics and make coherence information available.
  • the information generation device applies an alternating magnetic field to a magnetic element containing a magnetic material, a magnetic field application unit that applies a magnetic field to the magnetic element, and a magnetic element to which a magnetic field is applied.
  • An AC magnetic field application unit that holds information on a plurality of spin waves or a plurality of magnetic excitations having different phases and amplitudes in a magnetic element, and an acquisition unit that acquires information on a plurality of spin waves or a plurality of magnetic excitations. Be prepared.
  • information on a plurality of spin waves or a plurality of magnetic excitations is held in the magnetic element. This provides longer coherence in the dynamics of magnetism. Further, the retained information (information such as phase or amplitude) is used as coherence information.
  • the AC magnetic field application unit applies a predetermined AC magnetic field having a predetermined frequency to the magnetic material element, and while the predetermined AC magnetic field is applied to the magnetic material element, the AC having a frequency twice the predetermined frequency.
  • a magnetic field may be applied to the magnetic element.
  • the AC magnetic field application unit applies a measurement AC magnetic field having a predetermined frequency or the same frequency as the frequency of the AC magnetic field to the magnetic element, and the acquisition unit receives the measurement AC.
  • Information may be acquired based on the phase of the voltage of the magnetic element to which the magnetic field is applied.
  • the AC magnetic field application unit repeatedly executes the set of application of the AC magnetic field and the application of the measurement AC magnetic field, and the acquisition unit is the phase of the voltage of the magnetic element measured each time the measurement AC magnetic field is applied. You may acquire probabilistic information based on.
  • more appropriate coherence information can be obtained by acquiring probabilistic information.
  • a magnetic field is applied to a magnetic element containing a magnetic material, and an AC magnetic field is applied to the magnetic element to which the magnetic field is applied, so that the phases and amplitudes of the magnetic elements are different from each other. It includes holding information on a plurality of different spin waves or a plurality of magnetic excitations in a magnetic element, and acquiring information on a plurality of spin waves or a plurality of magnetic excitations.
  • information on a plurality of spin waves or a plurality of magnetic excitations is held in the magnetic element. This provides longer coherence in the dynamics of magnetism. Further, the retained information (information such as phase or amplitude) is used as coherence information.
  • the present invention it is possible to provide an information generation device and an information generation method that realize coherence for a longer time in magnetic dynamics and make it possible to use coherence information.
  • FIG. 1 It is a figure which shows the schematic structure of the information generation apparatus which concerns on one Embodiment of this disclosure. It is a figure which shows an example of the structure of the generation part which concerns on the same embodiment. It is a figure which shows an example of the structure of the generation element which concerns on the same embodiment. It is sectional drawing of AA'shown in FIG. It is a figure for demonstrating the flow of applying an AC magnetic field to a magnetic element in this embodiment. It is a figure which shows the age difference motion of a macroscopic magnetization vector M when an AC magnetic field is applied to a magnetic material in a static magnetic field. It is a figure which shows the time change of Mx which is the x component of the magnetization vector shown in FIG.
  • FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an information generation device 1 according to an embodiment of the present disclosure.
  • the information generation device 1 applies a static magnetic field and an AC magnetic field to a magnetic material element containing a magnetic material, and sets a plurality of modes of magnetization aging motion having different phases, amplitudes and frequenciess in the magnetic material element. It is realized and obtains information on the phase and amplitude of at least one of the modes of the multiple magnetized stagnation motions.
  • the magnetization age difference motion is a spin wave or magnetically excited motion in a magnetic material having different phases, amplitudes and frequencies. Further, the sum of a plurality of magnetization precessions having different phases, amplitudes and frequenciess is a macroscopic precession of the magnetic moment.
  • the information generation device 1 mainly includes a generation unit 10, a magnetic field application unit 20, a control device 30, an AC magnetic field application unit 40, and a measurement device 60.
  • the generation unit 10 includes a magnetic element and can generate coherence information according to an external magnetic field. Details of the configuration of the generation unit 10 will be described later with reference to FIGS. 2 and 3.
  • the magnetic field application unit 20 applies a magnetic field to the magnetic element included in the generation unit 10.
  • the magnetic field application unit 20 applies a static magnetic field, but the magnetic field applied by the magnetic field application unit 20 is not limited to the static magnetic field.
  • the magnetic field application unit 20 may be composed of various known magnets.
  • the distance between the magnetic poles of the magnet is not particularly limited, but in the present embodiment, it is 40 mm, and an aluminum frame having a width of, for example, 40 mm is arranged between the magnetic poles.
  • the control device 30 controls the operation of the AC magnetic field application unit 40.
  • the control device 30 can control the timing at which the AC magnetic field application unit 40 outputs a signal, the signal strength, the signal frequency, the signal phase, and the like.
  • control device 30 includes a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), and the like.
  • the ROM included in the control device 30 stores information such as a control program for controlling the operation of the AC magnetic field application unit 40. Further, the CPU executes a control program or the like stored in the ROM and executes various processes.
  • the RAM included in the control device 30 stores data temporarily used during execution of various programs.
  • the AC magnetic field application unit 40 can apply various AC magnetic fields to the magnetic element included in the generation unit 10.
  • the AC magnetic field application unit 40 includes various signal generators, outputs various signals (microwave signals in this embodiment), and converts the AC magnetic field generated by the output signals into a magnetic element. Can be applied.
  • the AC magnetic field application unit 40 applies an AC magnetic field to a magnetic element to which a magnetic field is applied by the magnetic field application unit 20, and sends information on a plurality of spin waves or a plurality of magnetic excitations having different phases and amplitudes to the magnetic element. Hold in.
  • the AC magnetic field application unit 40 applies an induced AC magnetic field that induces a mode of magnetization aging motion to a magnetic element to which a static magnetic field is applied, and a plurality of magnetization ages having different phases and amplitudes from each other.
  • the mode of differential motion can be realized in a magnetic element.
  • the AC magnetic field application unit 40 includes an initialization signal generator 42, an induced signal generator 44, a measurement signal generator 46, a readout signal generator 48, and a pulse generator 50. ..
  • the various signal generators included in the AC magnetic field application unit 40 have substantially the same configuration, and are various known signal generators capable of outputting an AC signal such as a microwave. Further, in the present embodiment, the phases of the signals output by the initialization signal generator 42, the induced signal generator 44, the measurement signal generator 46, and the read signal generator 48 included in the AC magnetic field application unit 40 are synchronized. It is assumed that there is.
  • the initialization signal generator 42 outputs a microwave signal having an angular frequency of 1 ⁇ (a predetermined frequency of 1f).
  • the signal output from the initialization signal generator 42 is transmitted to the generation unit 10 via the first switch 302, the first coupler 310, and the second coupler 312.
  • the signal output by the initialization signal generator 42 is also referred to as an “initialization signal”.
  • the induced signal generator 44 outputs a microwave signal having an angular frequency of 2 ⁇ (frequency of 2f).
  • the signal output from the induced signal generator 44 is transmitted to the generation unit 10 via the second switch 304, the first coupler 310, and the second coupler 312.
  • the signal output by the induced signal generator 44 is also referred to as an “induced signal”.
  • the measurement signal generator 46 outputs a microwave signal having an angular frequency of 2 ⁇ (frequency of 2f).
  • the signal output from the measurement signal generator 46 is transmitted to the generation unit 10 via the third switch 306 and the second coupler 312.
  • the signal output by the measurement signal generator 46 is also referred to as a “measurement signal”.
  • the read signal generator 48 outputs a microwave signal having an angular frequency of 1 ⁇ (frequency of 1f).
  • the signal output from the read signal generator 48 is transmitted to the measuring device 60 via the third coupler 314.
  • the signal output by the read signal generator 48 is also referred to as a “read signal”.
  • the pulse generator 50 is various known signal generators capable of outputting a pulse waveform signal (hereinafter, simply referred to as “pulse signal”) to various switches. Specifically, the pulse generator 50 can input a pulse signal to various switches to make the switch state conductive, or can end the input of the pulse signal to make the switch state open.
  • pulse signal a pulse waveform signal
  • the pulse generator 50 inputs a pulse signal to the first switch 302, the state of the first switch 302 becomes a conductive state, and the signal output by the initialization signal generator 42 is transmitted to the generation unit 10. Become. Further, when the pulse generator 50 ends the input of the pulse signal to the first switch 302, the first switch 302 is opened and the signal output by the initialization signal generator 42 is not transmitted to the generation unit 10.
  • the measuring device 60 can acquire information on the coherence of the magnetic element by projection measurement. Specifically, as will be described later, the measuring device 60 measures the phase of the voltage of the magnetic material element, and based on the phase of the measured voltage, at least a plurality of modes in the magnetic material element included in the generator 10. Information on any coherence (information such as phase or amplitude) can be acquired.
  • the measuring device 60 includes a measuring unit 62 and an acquisition unit 64.
  • the measurement unit 62 can measure the phase of the voltage of the magnetic element included in the generation unit 10 and transmit the measurement result to the acquisition unit 64.
  • the measuring unit 62 may include, for example, a spectrum analyzer.
  • the measuring unit 62 measures the sum of the voltage generated in the magnetic element and the voltage of the read signal to perform projection measurement reflecting information on the phase and amplitude of the voltage generated in the magnetic element. Can be done.
  • the phase of the voltage generated in the magnetic element when the AC magnetic field by the measurement signal is applied to the magnetic element corresponds to the phase of the mode induced in the magnetic element. Therefore, by measuring the phase of the voltage of the magnetic element, the phase state of the mode is observed.
  • the measuring unit 62 may repeatedly measure the phase of the voltage of the magnetic element.
  • the acquisition unit 64 can acquire information on a plurality of spin waves or a plurality of magnetic excitations having different phases and amplitudes from each other.
  • the acquisition unit 64 acquires information on a plurality of spin waves or a plurality of magnetic excitations as coherence information based on the phase of the voltage of the magnetic element measured by the measurement unit 62.
  • the acquisition unit 64 acquires stochastic information on a plurality of spin waves or a plurality of magnetic excitations based on the phase of the voltage repeatedly measured by the measurement unit 62. More specifically, the acquisition unit 64 acquires probabilistic information on the phase of the induced mode.
  • the acquisition unit 64 includes a CPU, ROM, RAM, and the like.
  • the ROM included in the acquisition unit 64 stores a processing program or the like for executing various processes.
  • the CPU executes a processing program or the like stored in the ROM, and executes various processes such as acquisition of coherence information.
  • the RAM included in the acquisition unit 64 stores data that is temporarily used during execution of various programs.
  • FIG. 2 is a diagram showing an example of the configuration of the generation unit 10 according to the present embodiment.
  • the generation unit 10 mainly includes a coplanar waveguide 100, an input terminal 120, an output terminal 124, and a generation element 130.
  • the coplanar waveguide 100 has a structure in which a foil of a conductor (copper in this embodiment) is formed on the surface of a plate-shaped dielectric substrate, and can transmit electromagnetic waves such as microwaves.
  • the coplanar waveguide 100 is arranged on an aluminum frame arranged between the magnetic poles of the magnets constituting the magnetic field application unit 20.
  • At least one of the initialization signal, the induced signal, and the measurement signal is input to the input terminal 120.
  • the input signal is transmitted in the direction of the arrow and is transmitted to the generation element 130 through the coplanar waveguide 100.
  • the generation element 130 includes a magnetic element and generates coherence information according to the applied magnetic field.
  • a static magnetic field H 0 is applied to the generation element 130 by the magnetic field application unit 20 in the lateral direction of FIG. Further, an AC magnetic field is applied to the generation element 130 in parallel with the static magnetic field H 0 in response to the signal being transmitted from the input terminal 120.
  • the ground plane of the coplanar waveguide 100 is electrically connected to one end of the magnetic element included in the generation element 130.
  • An output terminal 124 is electrically connected to the other end of the magnetic element included in the generation element 130.
  • the voltage signal between the ground plane and the output terminal 124 is transmitted to the measuring device 60 via the third coupler 314, and is measured as the voltage of the magnetic element in the measuring device 60.
  • the voltage generated by the reverse spin Hall effect (Inverse Spin-Hall Effect: ISH) due to the measured AC magnetic field described later is measured.
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of the configuration of the generation element 130 according to the present embodiment.
  • the generation element 130 includes a magnetic element 140, a substrate 142, a ground pad 144, and an output pad 146.
  • the magnetic element 140 is formed on a transparent GGG (gadolinium gallium garnet) substrate 142.
  • the size of the substrate 142 is a size of 2 mm in length ⁇ 5 mm in width ⁇ 0.5 mm in thickness.
  • the substrate 142 is in front, and the magnetic element 140 is on the back side of the substrate 142.
  • the magnetic element 140 is located approximately at the center of the magnetic pole of the magnet, and the distance between the magnetic element 140 and the magnetic pole is about 20 mm.
  • the microwave signal input to the input terminal 120 shown in FIG. 2 is transmitted in the direction of the arrow in the transmission unit 102 formed between the gap portions 150 and 152 formed on the surface of the coplanar waveguide 100.
  • the signal reaches the magnetic element 140, microwaves are applied to the magnetic element 140, and an AC magnetic field is applied to the magnetic element 140.
  • the AC magnetic field due to the initialization signal is also referred to as an initialization AC magnetic field (predetermined AC magnetic field)
  • the AC magnetic field due to the induced signal is referred to as an induced AC magnetic field
  • the AC magnetic field due to the measurement signal is also referred to as a measurement AC magnetic field.
  • the magnetic material element 140 is an element provided with a magnetic material.
  • the magnetic element 140 described in this embodiment may be referred to as a magnetic dot.
  • the magnetic element 140 includes a layer of magnetic material and another metal layer formed on the layer.
  • the magnetic element 140 has a structure in which a Pt layer is formed on a YIG (Yttrium Iron Garnet) layer which is a ferrimagnetic material.
  • the Pt layer may be formed, for example, by spattering Pt on a clean surface of the YIG layer.
  • the diameter of the magnetic element 140 is not particularly limited, but may be, for example, 200 ⁇ m.
  • the thickness of the YIG layer needs to be smaller than the length of the diameter of the magnetic element 140 (for example, 200 ⁇ m) because the demagnetic field described later is used, and may be 370 nm, for example. Further, the thinner the Pt layer, the larger the voltage generated by the reverse spin Hall effect described later.
  • the thickness of the Pt layer is preferably about 10 nm or less, for example.
  • the shape of the magnetic element 140 will be described as having a disk shape, but the shape of the magnetic element 140 is not limited to this, and may be, for example, a rectangular parallelepiped.
  • the magnetic material included in the magnetic material element 140 will be described as being YIG, but the present invention is not limited to this, and other ferrimagnetic materials may be used, and various ferromagnetic materials may be used. There may be. Further, in the present embodiment, the magnetic element 140 is described as operating at room temperature, but the magnetic element 140 can operate if the temperature is lower than the Curie point of the magnetic material. Further, the magnetic material included in the magnetic material element 140 preferably has a lower Gilbert damping constant (described later).
  • a ground pad 144 and an output pad 146 extending to the left or right are formed on the left and right sides of the magnetic element 140.
  • Each of the ground pad 144 and the output pad 146 is formed by spattering gold on the left side surface and the right side surface of the Pt layer of the magnetic element 140.
  • the thickness of the ground pad 144 and the output pad 146 is not particularly limited, but may be, for example, about 100 nm.
  • ground pad 144 and the output pad 146 are indium-bonded to the surface of the coplanar waveguide 100.
  • the ground pad 144 is electrically connected to and grounded to the ground plane of the coplanar waveguide 100.
  • the output pad 146 is electrically connected to the path formed between the gaps 154 and 156, and is electrically connected to the output terminal 124 shown in FIG.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of AA'shown in FIG.
  • the coplanar waveguide 100 includes a dielectric substrate 110 and a copper foil layer 112 formed on the lower surface of the dielectric substrate 110. Further, a transmission unit 102 and ground planes 104 and 106 are formed on the upper surface of the dielectric substrate 110.
  • the transmission unit 102 is a copper foil formed between the gaps 150 and 152 of the coplanar waveguide 100, and transmits a signal input to the input terminal 120. Further, a ground plane 104 or 106 is formed on the outside of the transmission portion 102 with the gap portion 150 or 152 sandwiched between them.
  • the transmission unit 102 has an electric field in the direction from the transmission unit 102 toward the ground planes 104 and 106 (direction of the solid arrow shown in FIG. 4) and a direction surrounding the transmission unit 102 (direction in which the transmission unit 102 is surrounded). A magnetic field is formed (in the direction of the broken line shown in FIG. 4).
  • An AC magnetic field due to the transmitted signal is applied to the magnetic element 140 arranged on the transmission unit 102.
  • the width of the transmission unit 102 is about the same as the diameter of the magnetic element 140, a more uniform AC magnetic field is applied to the magnetic element 140.
  • a set of application of an initialized AC magnetic field, application of an induced AC magnetic field, and application of a measured AC magnetic field is repeatedly executed, and each time each set is executed, the magnetization aging motion induced in the magnetic element is performed. The phase of the mode is measured.
  • the timing t 0 shown in FIG. 5 is the timing at which the previous measurement is completed.
  • the application of the initialization AC magnetic field to the magnetic element is started at the timing t 1 .
  • the initialization AC magnetic field is applied to the magnetic element at the time T 1 from the timing t 1 to the timing t 3 .
  • Initialization By applying an AC magnetic field, the phase of the mode induced in the magnetic element is initialized. Specifically, as will be described later, the phase state of the mode induced in the magnetic element is designated as the 0 state or the ⁇ state.
  • the application of the induced AC magnetic field is started at the timing t2 .
  • the induced AC magnetic field is applied to the magnetic element during the time T 3 from timing t 2 to timing t 4 . Further, during the time T 2 from the timing t 2 to the timing t 3 , the induced AC magnetic field is applied to the magnetic element by superimposing on the initialization AC magnetic field.
  • a mode having a phase initialized by the initialized AC magnetic field is induced.
  • a demagnetic field is generated in the magnetic element by a mode having an initialized phase. This demagnetic field induces a mode in which the phase is different from the initialized phase by ⁇ as a mode different from the mode having the initialized phase.
  • the angular frequency of the mode induced by the demagnetic field has a value comparable to 1 ⁇ .
  • the mode is induced by parametric excitation, but the method of inducing the mode is not limited to parametric excitation.
  • the measured AC magnetic field is applied to the magnetic element.
  • delay time elapses after the application of the induced AC magnetic field ends at the timing t 4
  • the measured AC magnetic field is applied to the magnetic element.
  • the relative phase difference between the measured AC magnetic field and the induced AC magnetic field is 0 °.
  • a measured AC magnetic field is applied to the magnetic element, a voltage is generated in the magnetic element due to parametric excitation, spin pumping and reverse spin Hall effects.
  • the phase of the voltage generated in the magnetic element is measured by the measuring device 60.
  • the phase of the voltage generated in the magnetic element is measured each time the initialization AC magnetic field application, the induced AC magnetic field application, and the measurement AC magnetic field application are set. This series of processing and voltage phase measurement are repeatedly executed, and a specific mode (0 state mode or ⁇ state mode described later) is observed.
  • the mode of the 0 state is selectively selected and the selected mode is observed.
  • FIG. 6 is a diagram showing the aging motion of the macroscopic magnetization vector M when an AC magnetic field is applied to a magnetic material in a static magnetic field.
  • the static magnetic field H 0 and the AC magnetic field h ⁇ (angular frequency: 2 ⁇ ) are applied to the magnetic material in the z-axis direction.
  • a mode in which the magnetization vector precesses at an angular frequency of 1 ⁇ is induced (parametric excitation) in the magnetic material.
  • the mode induced is the kittel mode.
  • the magnetization vector precesses in the direction of the arrow along the path indicated by the dashed line.
  • FIG. 7 is a diagram showing a time change of Mx, which is an x component of the magnetization vector shown in FIG. 6, and a time change of the applied AC magnetic field h.
  • the mode induced by the AC magnetic field h is stable in one of two modes (mode in the 0 state and mode in the ⁇ state) whose phases differ from each other by ⁇ .
  • the external magnetic field is only the static magnetic field H 0 and the AC magnetic field h of 2 ⁇ is applied to the magnetic material, either the 0 state mode or the ⁇ state mode is randomly selected and selected. Mode is induced.
  • the direction of the magnetization vector is in the z-axis direction.
  • the direction of the magnetization vector fluctuates minutely in the xy plane due to thermal fluctuation or the like.
  • the phase of the mode induced by the application of the AC magnetic field h and the like due to the fluctuation of the minute magnetization vector becomes 0 or ⁇ . This corresponds to whether the precession of the magnetization vector first collapses in the positive direction of the x-axis or in the negative direction of the x-axis.
  • FIG. 8 is a diagram showing the energies of the 0 state and the ⁇ state modes.
  • the mode state exceeds ⁇ E existing between the 0 state and the ⁇ state due to thermal energy, the mode state changes from the 0 state to the ⁇ state (or from the ⁇ state to the 0 state).
  • the mode state can be initialized to the 0 state or the ⁇ state by applying the initialization AC magnetic field. This controls the mode coherence information.
  • the state of the mode to be initialized is controlled to the 0 state or the ⁇ state by adjusting the phase of the initialized AC magnetic field to 0 or ⁇ .
  • FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the precession motion of the magnetization vector and the mode of the precession motion due to the microscopic magnetic moment.
  • the precession shown in FIG. 9 is assumed to be the precession immediately after being induced by the AC magnetic field.
  • the arrow on the left side of the equation shown in FIG. 9 indicates the precession of the macroscopic magnetization vector.
  • the multiple arrows on the right side indicate the mode of precession due to the microscopic magnetic moment.
  • the magnetization vector is represented by the sum of the modes of the magnetization stagnation motion and is expressed as the statistical mechanics sum of the modes of the magnetization stagnation motion, the mixed state or the quantum superposition.
  • the mode of magnetization precession is carried by magnetic excitation, magnon or spin wave.
  • the three modes of precession shown on the right side each have different phases ( ⁇ 1, ⁇ 2 and ⁇ 3). Further, the angular frequencies of each mode are ⁇ 1 , ⁇ 2 and ⁇ 3 , respectively, which are similar to the angular frequency of 1 ⁇ possessed by the magnetization vector.
  • Equation (1) is called the Landau-Lifshits-Gilbert equation.
  • ⁇ is the gyromagnetic ratio of electrons
  • H is an effective magnetic field
  • ⁇ is a dimensionless constant
  • Ms saturation magnetization
  • ⁇ is called Gilbert's damping constant.
  • the first term on the right side of equation (1) represents the precession of the magnetization vector.
  • the second term on the right side of the equation (1) represents the relaxation motion of the magnetization vector, and is called the Gilbert relaxation term.
  • the precession of the macroscopic magnetization vector is completed in, for example, several tens to several hundreds of nanoseconds by the action of the Gilbert relaxation term. ..
  • the state of the magnetization vector becomes a thermal equilibrium state, and the coherence information (for example, phase information) of the magnetization vector is lost.
  • the relationship between the magnetization vector and the mode of precession due to the microscopic magnetic moment in the state after the precession of the magnetization vector is relaxed in the present embodiment will be described.
  • the precession of the magnetization vector is relaxed according to the equation (1) as in the case where the number of modes is one.
  • the precession of the magnetization vector ends, and the magnetization vector points in the z-axis direction.
  • several modes of magnetization precession having different phases, amplitudes, and frequencies from each other may remain.
  • the two modes on the right side hold the phase information of the phase ⁇ 1 and the phase ⁇ 1 + ⁇ .
  • the amplitude is the amount of change from the state in which the vector points directly upward (in the positive direction of the z-axis).
  • the 0-state mode with an angular frequency of 1 ⁇ (the mode of phase ⁇ 1 indicated by the vector at the left end of the right side) is the mode induced when the initialization AC magnetic field and the induced AC magnetic field are applied. do.
  • this mode is induced, apart from the induced mode, there is a mode (angular frequency is, for example, ⁇ 1 to ⁇ 2 ) that randomly moves due to thermal fluctuation with almost no precession.
  • These modes are precessed with a phase of ⁇ due to the induced zero-state mode.
  • the demagnetizing field created by the mode in the 0 state creates a mode (mode indicated by the vector at the left end of the right side) that precesses in the phase of ⁇ . That is, a mode with a phase of ⁇ 1 + ⁇ is generated.
  • the macroscopic magnetization vector retains the phase information of the mode of the magnetization precession even in the state of no precession.
  • the phase information possessed by these modes is retained, for example, on the order of several microseconds. This is because when the number of induced modes is one, the phase information disappears in about tens to hundreds of nanoseconds, whereas the phase information is retained for hundreds of times longer. It means to be done.
  • the time for which this phase information is retained is about the same as the coherence time in a qubit using a superconducting material.
  • FIG. 11 is a flowchart showing an example of the flow of processing by the information generation device 1 according to the present embodiment.
  • processing by the information generation device 1 according to the present embodiment will be described with reference to the flowchart shown in FIG. It is assumed that a static magnetic field is applied to the magnetic element by the magnetic field application unit 20 while the process shown in FIG. 11 is being executed.
  • control device 30 of the information generation device 1 resets the count to 0 (step S101).
  • the information generation device 1 executes the phase measurement process (step S103). More specifically, as described with reference to FIG. 5, the information generator 1 applies an initialized AC magnetic field, an induced AC magnetic field, and a measured AC magnetic field to the magnetic element, and applies the measured AC magnetic field. The phase of the voltage generated in the magnetic element is measured. The details of the phase measurement process will be described later with reference to FIG.
  • control device 30 adds 1 to the count (step S105).
  • step S107 the control device 30 determines whether or not to change the delay time. For example, when the count reaches a predetermined value (for example, 100), the control device 30 may determine that the delay time is changed. On the other hand, if the count does not reach a predetermined value, the control device 30 may determine that the delay time is not changed. If NO is determined in step S107, the process returns to the process of step S103. On the other hand, if YES is determined in step S107, the process proceeds to step S109.
  • a predetermined value for example, 100
  • the control device 30 may determine that the delay time is changed. On the other hand, if the count does not reach a predetermined value, the control device 30 may determine that the delay time is not changed. If NO is determined in step S107, the process returns to the process of step S103. On the other hand, if YES is determined in step S107, the process proceeds to step S109.
  • step S109 the control device 30 changes the delay time (step S109). For example, the control device 30 may increase the delay time by a predetermined time.
  • step S111 determines whether or not to continue the measurement. For example, when the delay time reaches a predetermined target time, the control device 30 may determine that the measurement is not continued. On the other hand, if the delay time does not reach a predetermined target time, the control device 30 may determine to continue the measurement. If NO is determined in step S111, the process proceeds to step S115. On the other hand, if YES is determined in step S111, the process proceeds to step S113.
  • step S111 the control device 30 resets the count to 0 (step S113).
  • step S111 the acquisition unit 64 of the measuring device 60 acquires the mode phase information (step S115).
  • the acquisition unit 64 may acquire probabilistic information on the phase of the mode for each delay time based on the phase of the voltage measured so far.
  • FIG. 12 is a flowchart showing an example of the flow of the phase measurement process shown in FIG.
  • the flow of the phase measurement process will be described with reference to the flowchart shown in FIG.
  • the information generator 1 applies an initialized AC magnetic field to the magnetic element (step S201). Specifically, the pulse generator 50 outputs a pulse signal to the first switch 302. As a result, the first switch 302 becomes conductive, the initialization signal is transmitted to the generation unit 10 via the first switch 302, and the initialization AC magnetic field is applied to the magnetic element included in the generation unit 10.
  • the information generation device 1 applies the induced AC magnetic field to the magnetic element by superimposing it on the initialized AC magnetic field (step S203). Specifically, the pulse generator 50 outputs a pulse signal to the second switch 304. As a result, the second switch 304 becomes conductive, the induced signal is transmitted to the generation unit 10 via the second switch 304, and the induced AC magnetic field is applied to the magnetic element included in the generation unit 10.
  • the information generation device 1 ends the application of the initialization AC magnetic field (step S205). Specifically, the pulse generator 50 ends the output of the pulse signal to the first switch 302. Next, the information generator 1 ends the application of the induced AC magnetic field (step S207). Specifically, the pulse generator 50 ends the output of the pulse signal to the second switch 304.
  • the information generator 1 applies the measured AC magnetic field to the magnetic element (step S209).
  • the pulse generator 50 outputs a pulse signal to the third switch 306.
  • the measurement signal is transmitted to the generation unit 10 via the third switch 306, and the measurement AC magnetic field is applied to the magnetic element included in the generation unit 10.
  • the measuring device 60 of the information generating device 1 measures the phase of the voltage of the magnetic element (step S211). Specifically, the measuring unit 62 measures the phase of the voltage of the magnetic element based on the voltage of the magnetic element and the read signal. The measured voltage information is transmitted to the acquisition unit 64.
  • the information generator 1 ends the application of the induced AC magnetic field (step S213). Specifically, the pulse generator 50 ends the output of the pulse signal to the third switch 306. When the application of the induced AC magnetic field is completed, the phase measurement process shown in FIG. 12 is completed.
  • the induced AC magnetic field is applied by superimposing it on the initialized AC magnetic field.
  • the induced AC magnetic field having an angular frequency of 2 ⁇ is applied to the magnetic element.
  • a mode with an angular frequency of 1 ⁇ can be induced. In this case, either the 0 state or the ⁇ state mode is randomly selected and induced.
  • the phase of the induced mode is selected by applying the initialization AC magnetic field.
  • the magnetic element used in this embodiment is a magnetic element having a YIG layer and a Pt layer.
  • the thicknesses of the YIG layer and the Pt layer are 370 nm and 10 nm, respectively.
  • the diameter of the magnetic element 140 is 200 ⁇ m.
  • FIG. 13 is a diagram showing the results of measuring the probability that the 0 state is observed when the state is initialized to the 0 state and the ⁇ state in the embodiment.
  • the probability that the 0 state is observed is 1 when the delay time is 0 s, as shown in the graph above FIG.
  • the phase of the induced mode changes slowly between the 0 state and the ⁇ state and oscillates around 0.5. Further, the probability that the 0 state is observed decreases around 0.5 as the delay time progresses, and converges to about 0.5 in the delay time of about 3 ⁇ s or more. This indicates that the information on the coherence of the mode is retained for about 3 ⁇ s after the application of the induced AC magnetic field is completed.
  • the probability that the 0 state is observed is 0 when the delay time is 0 s, as shown in the graph at the bottom of FIG.
  • the phase of the induced mode is attenuated while oscillating around 0.5 as the delay time progresses, and converges to about 0.5 with a delay time of about 3 ⁇ s or more.
  • the mode coherence information is retained for about 3 ⁇ s, as in the case where the mode state is initialized to the 0 state.
  • the vibration when initialized to the ⁇ state is approximately up and down with respect to the line where the probability of observing the 0 state is 0.5, compared to the vibration when it is initialized to the 0 state. ing. This shows that each state can be defined even if the 0 state and the ⁇ state are reversed (that is, shifted by 180 °).
  • FIG. 14 is a diagram showing the result of measuring the probability that the 0 state is observed in the comparative example.
  • the probability that the 0 state is observed is 1.
  • the probability that the 0 state is observed decreases rapidly with the passage of the delay time, and converges to 0.5 with a delay time of about several tens of nanoseconds. That is, the coherence information of the induced mode disappears in about several tens of nanoseconds.
  • the information generation device 1 by applying an induced AC magnetic field to a magnetic element in a static magnetic field, a plurality of modes of magnetization aging motion having different phases from each other are induced, and coherence of the modes is achieved. Information can be obtained. At this time, the modes having different phases cancel each other out the components perpendicular to the static magnetic field. Therefore, the mode can retain coherence information consistent with the Landau-Lifshits-Gilbert equation, which expresses the precession of the macroscopic magnetization vector. Further, the information on the coherence of the mode is about 100 times longer than the time when the precession of the macroscopic magnetization vector is relaxed, and it is expected that it can be used for various operations. For example, the 0 state and the ⁇ state of the above-mentioned modes can be used as information indicating the 0 state and the 1 state of the bit, respectively.
  • the information generation device 1 can be applied to various arithmetic units.
  • the information generator 1 can be applied to a quantum annealing method, a quantum gate method or an observation type quantum computer, a cell type nonlinear computer (for example, a reservoir computer and a cell auto machine, etc.), a classical annealing method, a probability bit computer, and the like.
  • the probability bit (hereinafter, also referred to as “p bit”) is a bit that stochastically fluctuates between the 0 state and the 1 state, and the ratio of staying in the 0 state or the 1 state can be controlled by an external input. be.
  • p bit is a bit that stochastically fluctuates between the 0 state and the 1 state, and the ratio of staying in the 0 state or the 1 state can be controlled by an external input.
  • multi-bit operation is possible.
  • the results of an experiment in which the relative phase difference between the induced AC magnetic field and the measured AC magnetic field is fixed at 0 ° and the delay time is changed are shown.
  • FIG. 15 is a diagram showing the results of an experiment for verifying that the magnetic element according to the present embodiment functions as a p-bit.
  • the horizontal axis shows the time elapsed from the start of the measurement
  • the vertical axis shows the amplitude of the 1 ⁇ AC voltage generated in the Pt layer of the magnetic element.
  • the amplitude value corresponds to the induced mode state (0 state or ⁇ state). Therefore, every time the amplitude value changes, the mode state changes from the 0 state to the ⁇ state (or from the ⁇ state to the 0 state).
  • the graph shown at the top of FIG. 15 is the result when the initialization AC magnetic field is not applied.
  • the second and third graphs from the top are the results of applying the initialized AC magnetic field.
  • the mode state can be controlled to the 0 state or the ⁇ state.
  • FIG. 16 is a diagram showing experimental results in which the distribution of the number of mode state transitions per second is plotted based on the top graph shown in FIG.
  • the curve shown in FIG. 16 is a curve showing the Poisson distribution and is in good agreement with the experimental results.
  • the magnetic element according to the present disclosure when the initialization AC magnetic field is not applied, the distribution of the number of transitions of the mode states matches the Poisson distribution, and the initialization AC magnetic field is applied. Can control the transition of the mode state. Therefore, it is considered that the magnetic element according to the present disclosure functions as a p-bit.
  • the frequency of the measured AC magnetic field has been described as being the same as the frequency of the induced AC magnetic field, but the frequency is not limited to this.
  • the frequency of the measured AC magnetic field may be the same as the frequency of the initialized AC magnetic field.

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Abstract

磁性体を含む磁性体素子と、磁性体素子に磁場を印加する磁場印加部２０と、磁場が印加されている磁性体素子に交流磁場を印加して、互いに位相及び振幅の異なる複数のスピン波又は複数の磁気励起の情報を磁性体素子において保持させる交流磁場印加部４０と、複数のスピン波又は複数の磁気励起の情報を取得する取得部６４と、を備える情報生成装置１。磁性体を含む磁性体素子に磁場を印加することと、磁場が印加されている磁性体素子に交流磁場を印加して、互いに位相及び振幅の異なる複数のスピン波又は複数の磁気励起の情報を磁性体素子において保持させることと、複数のスピン波又は複数の磁気励起の情報を取得することと、を含む情報生成方法。

Description

情報生成装置及び情報生成方法 関連出願の相互参照
　本出願は、２０２０年８月２０日に出願された日本出願番号２０２０－１３９１８９号に基づくもので、ここにその記載内容を援用する。
　本発明は、情報生成装置及び情報生成方法に関する。
　従来、物質の量子効果を利用した量子コンピュータの開発が進められている。例えば、特許文献１には、超電導材料を用いた量子ビットにより構成される量子コンピュータが記載されている。
特表２００７－５０４６５５号公報
　超電導材料を利用した量子コンピュータでは、超電導材料等を収容できる冷却装置が用いられるが、冷却装置内の空間には限りがある。一方で、磁性体中の磁性のダイナミクスを利用して、室温において動作可能なコンピュータを実現すれば、空間に制限がないため大規模なコンピュータを構築することができると考えられる。
　しかしながら、磁性体中の巨視的な磁気モーメントの歳差運動は、数十～数百ナノ秒程度の緩和時間で減衰することが知られている。この緩和時間は、超電導材料を利用した量子コンピュータの最大数百マイクロ秒のコヒーレンス時間より短い。このため、実行可能な計算アルゴリズムに制限がある。
　そこで、本発明は、磁性のダイナミクスにおいて、より長い時間のコヒーレンスを実現し、コヒーレンスの情報を利用可能とする情報生成装置及び情報生成方法を提供することを目的とする。
　本発明の一態様に係る情報生成装置は、磁性体を含む磁性体素子と、磁性体素子に磁場を印加する磁場印加部と、磁場が印加されている磁性体素子に交流磁場を印加して、互いに位相及び振幅の異なる複数のスピン波又は複数の磁気励起の情報を磁性体素子において保持させる交流磁場印加部と、複数のスピン波又は複数の磁気励起の情報を取得する取得部と、を備える。
　この態様によれば、複数のスピン波又は複数の磁気励起の情報が、磁性体素子において保持される。これにより、磁性のダイナミクスにおいて、より長い間のコヒーレンスが実現される。また、保持された情報（位相又は振幅等の情報）は、コヒーレンスの情報として利用される。
　上記態様において、交流磁場印加部は、所定周波数を有する所定交流磁場を磁性体素子に印加し、所定交流磁場を磁性体素子に印加している間に、所定周波数の２倍の周波数を有する交流磁場を磁性体素子に印加してもよい。
　この態様によれば、所定交流磁場により、コヒーレンスの情報を制御することが可能となる。
　上記態様において、交流磁場印加部は、交流磁場の印加を終了したあとに、所定周波数又は交流磁場の周波数と同一の周波数を有する測定交流磁場を磁性体素子に印加し、取得部は、測定交流磁場が印加されている磁性体素子の電圧の位相に基づいて、情報を取得してもよい。
　この態様によれば、コヒーレンスの情報を簡便に取得することが可能となる。
　上記態様において、交流磁場印加部は、交流磁場の印加及び測定交流磁場の印加のセットを繰り返し実行し、取得部は、測定交流磁場が印加される度に測定される磁性体素子の電圧の位相に基づいて、確率的な情報を取得してもよい。
　この態様によれば、確率的な情報を取得することにより、より適切なコヒーレンスの情報を取得できる。
　本発明の他の態様に係る情報生成方法は、磁性体を含む磁性体素子に磁場を印加することと、磁場が印加されている磁性体素子に交流磁場を印加して、互いに位相及び振幅の異なる複数のスピン波又は複数の磁気励起の情報を磁性体素子において保持させることと、複数のスピン波又は複数の磁気励起の情報を取得することと、を含む。
　この態様によれば、複数のスピン波又は複数の磁気励起の情報が、磁性体素子において保持される。これにより、磁性のダイナミクスにおいて、より長い間のコヒーレンスが実現される。また、保持された情報（位相又は振幅等の情報）は、コヒーレンスの情報として利用される。
　本発明によれば、磁性のダイナミクスにおいて、より長い時間のコヒーレンスを実現し、コヒーレンスの情報を利用可能とする情報生成装置及び情報生成方法を提供することができる。
本開示の一実施形態に係る情報生成装置の概略構成を示す図である。 同実施形態に係る生成部の構成の一例を示す図である。 同実施形態に係る生成素子の構成の一例を示す図である。 図３に示すＡ－Ａ’の断面図である。 本実施形態において磁性体素子に交流磁場を印加する流れを説明するための図である。 静磁場中の磁性体に交流磁場が印加されたときにおける巨視的な磁化ベクトルＭの歳差運動を示す図である。 図６に示した磁化ベクトルのｘ成分であるＭｘの時間変化と、印加されている交流磁場ｈ～の時間変化とを示す図である。 ０状態及びπ状態のモードのエネルギーを示す図である。 磁化ベクトルの歳差運動と、微視的な磁気モーメントによる歳差運動のモードとの関係を示す図である。 本開示の一実施形態において磁化ベクトルの歳差運動が緩和された後の状態における、磁化ベクトルと微視的な磁気モーメントによる歳差運動のモードとの関係を説明するための図である。 本開示の一実施形態に係る情報生成装置による処理の流れの一例を示すフローチャートである。 図１１に示した位相測定処理の流れの一例を示すフローチャートである。 実施例において、０状態及びπ状態に初期化した場合における０状態が観測される確率を測定した結果を示す図である。 比較例において０状態が観測される確率を測定した結果を示す図である 本実施形態に係る磁性体素子がｐビットとして機能することを検証するための実験の結果を示す図である。 図１５に示す一番上のグラフに基づいて、１秒間当たりにモードの状態が遷移する回数の分布をプロットした実験結果を示す図である。
　添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。
　図１は、本開示の一実施形態に係る情報生成装置１の概略構成を示す図である。本実施形態に係る情報生成装置１は、磁性体を含む磁性体素子に静磁場及び交流磁場を印加して、互いに位相、振幅及び周波数の異なる複数の磁化歳差運動のモードを磁性体素子において実現し、複数の磁化歳差運動のモードの少なくともいずれかの位相及び振幅の情報を取得する。本明細書では、磁化歳差運動とは、磁性体における互いに異なる位相、振幅及び周波数を持つスピン波又は磁気励起の運動である。また、互いに位相、振幅及び周波数の異なる複数の磁化歳差運動の和が、巨視的な磁気モーメントの歳差運動である。
　図１に示すように、本実施形態に係る情報生成装置１は、主として、生成部１０、磁場印加部２０、制御装置３０、交流磁場印加部４０及び測定装置６０を備える。
　生成部１０は、磁性体素子を備え、外部磁場に応じてコヒーレンスの情報を生成できる。生成部１０の構成の詳細は、図２及び図３を参照して後述する。
　磁場印加部２０は、生成部１０が備える磁性体素子に磁場を印加する。本実施形態では、磁場印加部２０は静磁場を印加するが、磁場印加部２０が印加する磁場は静磁場に限定されるものではない。磁場印加部２０は、各種の公知のマグネットにより構成されてよい。マグネットの磁極の間隔は特に限定されないが、本実施形態では４０ｍｍであり、磁極の間には、幅が例えば４０ｍｍのアルミフレームが配置されている。
　制御装置３０は、交流磁場印加部４０の動作を制御する。例えば、制御装置３０は、交流磁場印加部４０が信号を出力するタイミング、信号の強度、信号の周波数及び信号の位相等を制御できる。
　また、制御装置３０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）等を備える。制御装置３０が備えるＲＯＭには、交流磁場印加部４０の動作を制御するための制御プログラム等の情報が記憶される。また、ＣＰＵは、ＲＯＭに記憶された制御プログラム等を実行し、各種の処理を実行する。なお、制御装置３０が備えるＲＡＭには、各種プログラムの実行中に一時的に利用されるデータが記憶される。
　交流磁場印加部４０は、各種の交流磁場を生成部１０が備える磁性体素子に印加できる。具体的には、交流磁場印加部４０は、各種の信号発生器を備え、各種の信号（本実施形態では、マイクロ波の信号）を出力して、出力した信号による交流磁場を磁性体素子に印加できる。交流磁場印加部４０は、磁場印加部２０により磁場が印加されている磁性体素子に交流磁場を印加して、互いに位相及び振幅の異なる複数のスピン波又は複数の磁気励起の情報を磁性体素子において保持させる。本実施形態では、交流磁場印加部４０は、静磁場が印加されている磁性体素子に磁化歳差運動のモードを誘起する誘起交流磁場を印加して、互いに位相及び振幅の異なる複数の磁化歳差運動のモードを磁性体素子において実現させることができる。
　図１に示すように、本実施形態に係る交流磁場印加部４０は、初期化信号発生器４２、誘起信号発生器４４、測定信号発生器４６、読み出し信号発生器４８及びパルス発生器５０を備える。交流磁場印加部４０が備える各種の信号発生器は、実質的に同一の構成を有しており、マイクロ波等の交流信号を出力できる各種の公知の信号発生器である。また、本実施形態では、交流磁場印加部４０が備える初期化信号発生器４２、誘起信号発生器４４、測定信号発生器４６及び読み出し信号発生器４８により出力される信号の位相は、同期されているものとする。
　初期化信号発生器４２は、１ωの角周波数（１ｆの所定周波数）を有するマイクロ波の信号を出力する。初期化信号発生器４２から出力された信号は、第１スイッチ３０２、第１カプラ３１０及び第２カプラ３１２を介して、生成部１０に伝送される。以下では、初期化信号発生器４２が出力した信号を「初期化信号」とも称する。
　誘起信号発生器４４は、２ωの角周波数（２ｆの周波数）を有するマイクロ波の信号を出力する。誘起信号発生器４４から出力された信号は、第２スイッチ３０４、第１カプラ３１０及び第２カプラ３１２を介して、生成部１０に伝送される。以下では、誘起信号発生器４４が出力した信号を「誘起信号」とも称する。
　測定信号発生器４６は、２ωの角周波数（２ｆの周波数）を有するマイクロ波の信号を出力する。測定信号発生器４６から出力された信号は、第３スイッチ３０６及び第２カプラ３１２を介して、生成部１０に伝送される。以下では、測定信号発生器４６が出力した信号を「測定信号」とも称する。
　読み出し信号発生器４８は、１ωの角周波数（１ｆの周波数）を有するマイクロ波の信号を出力する。読み出し信号発生器４８から出力された信号は、第３カプラ３１４を介して、測定装置６０に伝送される。以下では、読み出し信号発生器４８が出力した信号を「読み出し信号」とも称する。
　パルス発生器５０は、各種のスイッチにパルス波形の信号（以下、単に「パルス信号」と称する。）を出力できる各種の公知の信号発生器である。具体的には、パルス発生器５０は、各種のスイッチにパルス信号を入力してスイッチの状態を導通状態にしたり、パルス信号の入力を終了してスイッチの状態を開放状態にしたりできる。
　例えば、パルス発生器５０が第１スイッチ３０２にパルス信号を入力すると、第１スイッチ３０２の状態が導通状態となり、初期化信号発生器４２により出力された信号が生成部１０に伝送されるようになる。また、パルス発生器５０が第１スイッチ３０２へのパルス信号の入力を終了すると、第１スイッチ３０２が開放状態となり、初期化信号発生器４２により出力された信号が生成部１０に伝送されなくなる。
　測定装置６０は、射影測定により磁性体素子のコヒーレンスの情報を取得できる。具体的には、測定装置６０は、後述するように、磁性体素子の電圧の位相を測定して、測定した電圧の位相に基づいて、生成部１０が備える磁性体素子における複数のモードの少なくともいずれかのコヒーレンスの情報（位相又は振幅等の情報）を取得できる。測定装置６０は、測定部６２及び取得部６４を備える。
　測定部６２は、生成部１０が備える磁性体素子の電圧の位相を測定し、測定結果を取得部６４に伝送できる。測定部６２は、例えば、スペクトルアナライザを備えてよい。本実施形態では、測定部６２は、磁性体素子において生じた電圧と、読み出し信号の電圧の和を測定することにより、磁性体素子において生じた電圧の位相と振幅の情報を反映した射影測定を実行できる。本実施形態では、測定信号による交流磁場が磁性体素子に印加されているときにおいて磁性体素子に発生する電圧の位相は、磁性体素子に誘起されたモードの位相に対応する。このため、磁性体素子の電圧の位相を測定することにより、モードの位相状態が観測される。なお、測定部６２は、磁性体素子の電圧の位相を繰り返し測定してもよい。
　取得部６４は、互いに位相及び振幅の異なる複数のスピン波又は複数磁気励起の情報を取得できる。本実施形態では、取得部６４は、測定部６２が測定した磁性体素子の電圧の位相に基づいて、複数のスピン波又は複数磁気励起の情報をコヒーレンスの情報として取得する。本実施形態では、取得部６４は、測定部６２が繰り返しの測定した電圧の位相に基づいて、複数のスピン波又は複数磁気励起の確率的な情報を取得する。より具体的には、取得部６４は、誘起されたモードの位相の確率的な情報を取得する。
　また、取得部６４は、ＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭ等を備える。取得部６４が備えるＲＯＭには、各種の処理を実行するための処理プログラム等が記憶される。また、ＣＰＵは、ＲＯＭに記憶された処理プログラム等を実行し、コヒーレンスの情報の取得等の各種の処理を実行する。なお、取得部６４が備えるＲＡＭには、各種プログラムの実行中に一時的に利用されるデータが記憶される。
　図２は、本実施形態に係る生成部１０の構成の一例を示す図である。生成部１０は、主として、コプレーナウェーブガイド１００、入力端子１２０、出力端子１２４及び生成素子１３０を備える。
　コプレーナウェーブガイド１００は、板状の誘電体基板の表面に導体（本実施形態では銅）の箔を形成した構造を有し、マイクロ波等の電磁波を伝送できる。本実施形態では、コプレーナウェーブガイド１００は、磁場印加部２０を構成するマグネットの磁極の間に配置されたアルミフレームの上に配置されている。
　入力端子１２０には、初期化信号、誘起信号及び測定信号の少なくともいずれかの信号が入力される。入力された信号は、矢印の方向に伝送され、コプレーナウェーブガイド１００を通じて生成素子１３０に伝送される。
　生成素子１３０は、磁性体素子を備え、印加された磁場に応じてコヒーレンスの情報を生成する。生成素子１３０には、磁場印加部２０により静磁場Ｈ０が図２の横方向に印加される。また、生成素子１３０には、入力端子１２０から信号が伝送されたことに応じて、交流磁場が静磁場Ｈ０に対して平行に印加される。
　生成素子１３０が備える磁性体素子の一端には、コプレーナウェーブガイド１００のグランドプレーンが電気的に接続されている。生成素子１３０が備える磁性体素子のもう一端には、出力端子１２４が電気的に接続されている。グランドプレーン及び出力端子１２４の間の電圧の信号は、第３カプラ３１４を介して測定装置６０に伝送され、測定装置６０において磁性体素子の電圧として測定される。具体的には、後述する測定交流磁場による逆スピンホール効果（Inverse Spin-Hall Effect：ＩＳＨＥ）により生じた電圧が測定される。
　図３は、本実施形態に係る生成素子１３０の構成の一例を示す図である。生成素子１３０は、磁性体素子１４０、基板１４２、グラウンドパッド１４４及び出力パッド１４６を備える。
　磁性体素子１４０は、透明なＧＧＧ（ガドリニウムガリウムガーネット）の基板１４２の上に形成されている。基板１４２のサイズは、本実施形態では、縦２ｍｍ×横５ｍｍ×厚さ０．５ｍｍのサイズである。図３では、基板１４２が手前にあり、磁性体素子１４０は、基板１４２の奥側にある。また、本実施形態では、磁性体素子１４０は、マグネットの磁極のおよそ中心に位置しており、磁性体素子１４０と磁極との間の距離はおよそ２０ｍｍ程度となっている。
　図２に示した入力端子１２０に入力されたマイクロ波の信号は、コプレーナウェーブガイド１００の表面に形成された空隙部１５０及び１５２の間に形成された伝送部１０２において、矢印の方向に伝送される。信号が磁性体素子１４０に到達すると、マイクロ波が磁性体素子１４０に照射され、磁性体素子１４０に交流磁場が印加される。以下では、初期化信号による交流磁場を初期化交流磁場（所定交流磁場）、誘起信号による交流磁場を誘起交流磁場、測定信号による交流磁場を測定交流磁場とも称する。
　磁性体素子１４０は、磁性体を備えた素子である。本実施形態において説明する磁性体素子１４０は、磁性体ドットと称される場合もある。本実施形態では、磁性体素子１４０は、磁性体の層と、その層の上に形成された他の金属層とを備えている。
　具体的には、磁性体素子１４０は、フェリ磁性体であるＹＩＧ（Yttrium Iron Garnet）層の上にＰｔ層が形成された構造を有している。Ｐｔ層は、例えば、ＹＩＧ層の清浄な表面にＰｔがスパッタされることにより形成されてよい。また、磁性体素子１４０の直径は、特に限定されないが、例えば２００μｍであってよい。また、ＹＩＧ層の厚さは、後述する反磁場を利用するため、磁性体素子１４０の直径の長さ（例えば、２００μｍ）のオーダーより小さい必要があり、例えば３７０ｎｍであってよい。また、Ｐｔ層が薄いほど、後述する逆スピンホール効果により生じる電圧が大きくなるため、Ｐｔ層の厚さは、例えばおよそ１０ｎｍ以下であることが望ましい。また、本実施形態では、磁性体素子１４０の形状は、円盤状であるものとして説明するが、磁性体素子１４０の形状はこれに限定されるものではなく、例えば直方体等であってもよい。
　なお、本実施形態では、磁性体素子１４０が含む磁性体は、ＹＩＧであるものとして説明するが、これに限らず、他のフェリ磁性体であってもよいし、各種の強磁性体等であってもよい。また、本実施形態では、室温において磁性体素子１４０が動作するものとして説明するが、温度が磁性体のキュリー点より低い温度であれば、磁性体素子１４０は動作し得る。また、磁性体素子１４０が備える磁性体は、より低いギルバートのダンピング定数（後述する）を有することが好ましい。
　磁性体素子１４０の左右には、左側又は右側に伸びたグラウンドパッド１４４及び出力パッド１４６が形成されている。グラウンドパッド１４４及び出力パッド１４６のそれぞれは、磁性体素子１４０のＰｔ層の左側表面及び右側表面に金がスパッタされることにより形成されている。グラウンドパッド１４４及び出力パッド１４６の厚さは、特に限定されないが、例えば１００ｎｍ程度であってよい。
　また、グラウンドパッド１４４及び出力パッド１４６は、コプレーナウェーブガイド１００の表面にインジウム圧着されている。グラウンドパッド１４４は、コプレーナウェーブガイド１００のグランドプレーンに電気的に接続され、接地されている。一方、出力パッド１４６は、空隙部１５４及び１５６の間に形成された経路に電気的に接続されており、図２に示した出力端子１２４に電気的に接続されている。
　図４は、図３に示すＡ－Ａ’の断面図である。コプレーナウェーブガイド１００は、誘電体基板１１０と、誘電体基板１１０の下面に形成された銅箔の層１１２とを含む。また、誘電体基板１１０の上面には、伝送部１０２及びグランドプレーン１０４，１０６が形成されている。
　伝送部１０２は、コプレーナウェーブガイド１００の空隙部１５０及び１５２の間に形成された銅箔であり、入力端子１２０に入力された信号を伝送する。また、伝送部１０２から空隙部１５０又は１５２を挟んだ外側には、グランドプレーン１０４又は１０６が形成されている。伝送部１０２は、入力端子１２０から信号が伝送されると、伝送部１０２からグランドプレーン１０４、１０６に向かう方向（図４に示す実線の矢印の方向）の電界と、伝送部１０２を囲む方向（図４に示す破線の方向）の磁場を形成する。
　伝送部１０２の上に配置されている磁性体素子１４０には、伝送された信号による交流磁場が印加される。本実施形態では、伝送部１０２の幅は磁性体素子１４０の直径と同程度の長さであるため、より均一な交流磁場が磁性体素子１４０に印加される。
　図５を参照して、本実施形態において磁性体素子１４０に交流磁場を印加する流れを説明する。本実施形態では、初期化交流磁場の印加、誘起交流磁場の印加及び測定交流磁場の印加のセットが繰り返し実行され、各セットが実行される度に磁性体素子において誘起された磁化歳差運動のモードの位相が測定される。
　図５に示すタイミングｔ０は、前回の測定が終了したタイミングである。タイミングｔ０から時間が経過すると、タイミングｔ１において、磁性体素子への初期化交流磁場の印加が開始される。初期化交流磁場は、タイミングｔ１からタイミングｔ３までの時間Ｔ１に磁性体素子に印加される。初期化交流磁場が印加されることにより、磁性体素子において誘起されるモードの位相が初期化される。具体的には、後述するように、磁性体素子において誘起されるモードの位相の状態が０状態又はπ状態に指定される。
　初期化交流磁場が磁性体素子に印加されている間には、タイミングｔ２において、誘起交流磁場の印加が開始される。誘起交流磁場は、タイミングｔ２からタイミングｔ４までの時間Ｔ３の間に磁性体素子に印加される。また、タイミングｔ２からタイミングｔ３までの時間Ｔ２の間には、初期化交流磁場に重畳して誘起交流磁場が磁性体素子に印加される。
　初期化交流磁場に重畳して誘起交流磁場が磁性体素子に印加されることにより、磁性体素子においてパラメトリック励起が行われ、初期化交流磁場により初期化された位相を有するモードが誘起される。また、磁性体素子には、初期化された位相を有するモードによる反磁場が生じる。この反磁場は、初期化された位相を有するモードとは別のモードとして、初期化された位相とπだけ位相が異なるモードを誘起する。反磁場により誘起されたモードの角周波数は、１ωと同程度の値を有する。なお、本実施形態では、パラメトリック励起によりモードが誘起されるものとして説明するが、モードを誘起する方法は、パラメトリック励起に限定されるものではない。
　誘起交流磁場の印加がタイミングｔ４において終了してから時間Ｔ４（以下では、「遅延時間」とも称する。）が経過すると、測定交流磁場が磁性体素子に印加される。本実施形態では、測定交流磁場と誘起交流磁場との間の相対的な位相差は０°であるものとする。測定交流磁場が磁性体素子に印加されると、パラメトリック励起、スピンポンピング及び逆スピンホール効果により磁性体素子に電圧が生じる。磁性体素子に発生した電圧の位相は、測定装置６０により測定される。
　本実施形態では、上述したように、初期化交流磁場の印加、誘起交流磁場の印加及び測定交流磁場の印加のセットが行われる度に、磁性体素子に生じた電圧の位相が測定される。この一連の処理及び電圧の位相の測定が繰り返し実行され、特定のモード（後述する０状態のモードあるいはπ状態のモード）が観測される。
　例えば、０状態に初期化された場合には、磁性体素子においてモードが誘起された後に、磁性体素子において巨視的な磁化ベクトルが歳差運動しなくなるまで時間発展しても、後述するように、互いに位相が異なる複数の磁化歳差運動のモードが残っている場合がある。このとき、０状態に近い位相及び振幅を有している磁化歳差運動のモードが存在している場合には、０状態のモードが選択的に選ばれ、選ばれたモードが観測される。
　次いで、図６～図１０を参照して、本実施形態において磁性体素子１４０に静磁場及び交流磁場が印加されたときに磁性体素子１４０の内部において生じる現象について、より説明する。
　図６は、静磁場中の磁性体に交流磁場が印加されたときにおける巨視的な磁化ベクトルＭの歳差運動を示す図である。ここでは、ｚ軸方向に静磁場Ｈ０及び交流磁場ｈ～（角周波数：２ω）が磁性体に印加されているものとする。このとき、磁性体には、磁化ベクトルが１ωの角周波数で歳差運動するモードが誘起（パラメトリック励起）される。ここで誘起されるモードは、キッテルモードである。誘起されたモードでは、磁化ベクトルが破線で示された経路を矢印の方向に歳差運動する。
　図７は、図６に示した磁化ベクトルのｘ成分であるＭｘの時間変化と、印加されている交流磁場ｈ～の時間変化とを示す図である。交流磁場ｈ～により誘起されたモードは、互いに位相がπだけ異なる２つのモード（０状態のモード及びπ状態のモード）のいずれかで安定となる。このとき、外部磁場が静磁場Ｈ０のみである場合には、２ωの交流磁場ｈ～が磁性体に印加されると、０状態又はπ状態のモードのいずれかがランダムで選択され、選択されたモードが誘起される。
　交流磁場ｈ～が印加されておらず、静磁場Ｈ０のみが印加されているときには、磁化ベクトルの方向は、ｚ軸方向を向いている。しかしながら、熱揺らぎ等により、磁化ベクトルの向きは微小にｘｙ平面で揺らいでいる。この微小な磁化ベクトルの揺らぎによって、交流磁場ｈ～が印加されることにより誘起されるモードの位相は、０又はπとなる。これは、磁化ベクトルの歳差運動が最初にｘ軸の正の方向に倒れるか、ｘ軸の負の方向に倒れるかに対応する。
　図８は、０状態及びπ状態のモードのエネルギーを示す図である。熱エネルギーにより０状態及びπ状態との間に存在するΔＥをモードの状態が超えることにより、モードの状態が０状態からπ状態（あるいはπ状態から０状態）に遷移する。本実施形態では、初期化交流磁場のエネルギーは熱揺らぎよりも大きいため、初期化交流磁場が印加されることにより、モードの状態を０状態又はπ状態に初期化できる。これにより、モードのコヒーレンスの情報が制御される。例えば、初期化されるモードの状態は、初期化交流磁場の位相を０又はπに調整することにより、０状態又はπ状態に制御される。
　図９は、磁化ベクトルの歳差運動と、微視的な磁気モーメントによる歳差運動のモードとの関係を示す図である。図９に示す歳差運動は、交流磁場によって誘起された直後の歳差運動であるものとする。図９に示す等式の左辺の矢印は、巨視的な磁化ベクトルの歳差運動を示している。また、右辺の複数の矢印は、微視的な磁気モーメントによる歳差運動のモードを示している。磁化ベクトルは、複数の磁化歳差運動のモードの和によって表され、磁化歳差運動のモードの統計力学的な和、混合状態あるいは量子的な重ね合わせとして表現される。なお、磁化歳差運動のモードは、磁気励起、マグノンあるいはスピン波によって担われている。
　右辺に示す３つの歳差運動のモードは、それぞれは互いに異なる位相（φ１，φ２及びφ３）を有している。また、それぞれのモードの角周波数は、それぞれω１，ω２及びω３であり、磁化ベクトルが有する角周波数の１ωと同程度の値である。
　ここで、磁場中における巨視的な磁化ベクトルＭの歳差運動は、次の式（１）によって表現されることが知られている。
　ｄＭ／ｄｔ＝－γＭ×Ｈ＋（α／Ｍｓ）Ｍ×ｄＭ／ｄｔ・・・（１）
　式（１）は、ランダウ・リフシッツ・ギルバート方程式と呼ばれる。ここで、γは電子の磁気回転比、Ｈは有効磁場、αは無次元量の定数、Ｍｓは飽和磁化である。αは、ギルバートのダンピング定数と呼ばれる。式（１）の右辺の第１項は、磁化ベクトルの歳差運動を表している。また、式（１）の右辺の第２項は磁化ベクトルの緩和運動を表し、ギルバート緩和項と呼ばれる。
　式（１）によれば、モードの数が１つである場合には、巨視的な磁化ベクトルの歳差運動は、ギルバート緩和項の働きによって、例えば数十～数百ナノ秒程度で終了する。この結果、磁化ベクトルの状態が熱平衡状態となり、磁化ベクトルのコヒーレンスの情報（例えば、位相の情報）が失われる。
　図１０を参照して、本実施形態において磁化ベクトルの歳差運動が緩和された後の状態における、磁化ベクトルと微視的な磁気モーメントによる歳差運動のモードとの関係を説明する。複数の磁化歳差運動のモードが誘起された後に交流磁場の印加が終了すると、モードの数が１つである場合と同様に、式（１）に従って磁化ベクトルの歳差運動が緩和される。すると、図１０の左辺に示すように、磁化ベクトルの歳差運動が終了し、磁化ベクトルがｚ軸方向を向く。このとき、図１０に示すようにいくつかの互いに位相、振幅及び周波数の異なる磁化歳差運動のモードが残り得る。例えば右辺の２つのモードには、位相φ１と位相φ１＋πとの位相の情報が保持されている。ここで、振幅とは、ベクトルが真上（ｚ軸の正方向）に向いた状態からの変化分である。
　１ωの角周波数を有する０状態のモード（右辺の左端のベクトルで示された位相φ１のモード）は、初期化交流磁場と誘起交流磁場が印加されたときに誘起されたモードであるものとする。このモードが誘起されるとき、誘起されたモードとは別に、ほとんど歳差運動してない熱揺らぎによりランダムに運動するモード（角周波数は、例えば、ω１～ω２）が存在している。これらのモードは、誘起された０状態のモードにより、πの位相をもって歳差運動するようになる。この結果、０状態のモードがつくる反磁場により、πの位相で歳差運動するモード（右辺の左端のベクトルで示されたモード）が生成される。すなわち、位相φ１＋πのモードが生成される。
　このとき、位相φ１のモードと位相φ１＋πのモードは、互いにｘｙ平面の成分を打ち消し合っている。このため、巨視的な磁化ベクトルは歳差運動していない状態であっても、磁化歳差運動のモードの位相の情報が保持される。これらのモードが持っている位相の情報は、例えば数μ秒のオーダーで保持される。これは、誘起されるモードの数が１つである場合には数十～数百ナノ秒程度で位相の情報が消失してしまうのに対して、数百倍もの時間において位相の情報が保持されることを意味している。この位相の情報が保持される時間は、超電導材料を利用した量子ビットにおけるコヒーレンス時間と同程度の時間である。
　図１１は、本実施形態に係る情報生成装置１による処理の流れの一例を示すフローチャートである。以下、図１１に示すフローチャートに沿って、本実施形態に係る情報生成装置１による処理を説明する。なお、図１１に示す処理が実行されている間には、磁場印加部２０により、磁性体素子に静磁場が印加されているものとする。
　まず、情報生成装置１の制御装置３０は、カウントを０にリセットする（ステップＳ１０１）。
　次いで、情報生成装置１は、位相測定処理を実行する（ステップＳ１０３）。より具体的には、情報生成装置１は、図５を参照して説明したように、初期化交流磁場、誘起交流磁場及び測定交流磁場を磁性体素子に印加し、測定交流磁場を印加したときに磁性体素子に発生した電圧の位相を測定する。位相測定処理の詳細は、図１２を参照して後述する。
　次いで、制御装置３０は、カウントを１だけ加算する（ステップＳ１０５）。
　次いで、制御装置３０は、遅延時間を変更するか否かを判定する（ステップＳ１０７）。例えば、カウントが所定値（例えば、１００）に達している場合には、制御装置３０は、遅延時間を変更することを判定してよい。一方、カウントが所定値に達していない場合には、制御装置３０は、遅延時間を変更しないことを判定してよい。ステップＳ１０７においてＮＯと判定されると、ステップＳ１０３の処理に戻る。一方、ステップＳ１０７においてＹＥＳと判定されると、ステップＳ１０９の処理に進む。
　ステップＳ１０７においてＹＥＳと判定されると、制御装置３０は、遅延時間を変更する（ステップＳ１０９）。例えば、制御装置３０は、遅延時間を所定時間だけ長くしてよい。
　次いで、制御装置３０は、測定を続けるか否かを判定する（ステップＳ１１１）。例えば、遅延時間が所定の目標時間に達している場合には、制御装置３０は、測定を続けないことを判定してよい。一方、遅延時間が所定の目標時間に達していない場合には、制御装置３０は、測定を続けることを判定してよい。ステップＳ１１１においてＮＯと判定されると、ステップＳ１１５に進む。一方、ステップＳ１１１においてＹＥＳと判定されると、ステップＳ１１３に進む。
　ステップＳ１１１においてＹＥＳと判定されると、制御装置３０は、カウントを０にリセットする（ステップＳ１１３）。一方、ステップＳ１１１においてＮＯと判定されると、測定装置６０の取得部６４は、モードの位相の情報を取得する（ステップＳ１１５）。例えば、取得部６４は、それまでに測定された電圧の位相に基づいて、遅延時間毎のモードの位相の確率的な情報を取得してよい。取得部６４がモードの位相の情報を取得すると、図１１に示す処理は終了する。
　図１２は、図１１に示した位相測定処理の流れの一例を示すフローチャートである。以下、図１２に示すフローチャートに沿って、位相測定処理の流れを説明する。
　まず、情報生成装置１は、初期化交流磁場を磁性体素子に印加する（ステップＳ２０１）。具体的には、パルス発生器５０がパルス信号を第１スイッチ３０２に出力する。これにより、第１スイッチ３０２が導通状態となり、初期化信号が第１スイッチ３０２を介して生成部１０に伝送され、生成部１０が備える磁性体素子に初期化交流磁場が印加される。
　次いで、情報生成装置１は、初期化交流磁場に重畳して誘起交流磁場を磁性体素子に印加する（ステップＳ２０３）。具体的には、パルス発生器５０がパルス信号を第２スイッチ３０４に出力する。これにより、第２スイッチ３０４が導通状態となり、誘起信号が第２スイッチ３０４を介して生成部１０に伝送され、生成部１０が備える磁性体素子に誘起交流磁場が印加される。
　次いで、情報生成装置１は、初期化交流磁場の印加を終了する（ステップＳ２０５）。具体的には、パルス発生器５０が、第１スイッチ３０２へのパルス信号の出力を終了する。次いで、情報生成装置１は、誘起交流磁場の印加を終了する（ステップＳ２０７）。具体的には、パルス発生器５０が、第２スイッチ３０４へのパルス信号の出力を終了する。
　次いで、情報生成装置１は、測定交流磁場を磁性体素子に印加する（ステップＳ２０９）。具体的には、パルス発生器５０がパルス信号を第３スイッチ３０６に出力する。これにより、測定信号が第３スイッチ３０６を介して生成部１０に伝送され、生成部１０が備える磁性体素子に測定交流磁場が印加される。
　次いで、情報生成装置１の測定装置６０は、磁性体素子の電圧の位相を測定する（ステップＳ２１１）。具体的には、測定部６２が、磁性体素子の電圧及び読み取り信号に基づいて、磁性体素子の電圧の位相を測定する。測定された電圧の情報は、取得部６４に伝送される。
　次いで、情報生成装置１は、誘起交流磁場の印加を終了する（ステップＳ２１３）。具体的には、パルス発生器５０が、第３スイッチ３０６へのパルス信号の出力を終了する。誘起交流磁場の印加が終了すると、図１２に示す位相測定処理が終了する。
　なお、本実施形態では、初期化交流磁場に重畳して誘起交流磁場を印加するものとして説明したが、初期化交流磁場が印加されていなくとも、角周波数が２ωの誘起交流磁場を磁性体素子に印加することにより、角周波数が１ωのモードを誘起することができる。この場合には、０状態又はπ状態のいずれかのモードがランダムで選択されて誘起される。本実施形態では、初期化交流磁場を印加しておくことにより、誘起されるモードの位相が選択される。
　［実施例］
　上述した情報生成装置１を利用して磁性体素子のコヒーレンスの情報を取得する実験を行った結果の一例を説明する。本実施例において用いた磁性体素子は、ＹＩＧ層及びＰｔ層を有する磁性体素子である。ＹＩＧ層及びＰｔ層の厚さは、それぞれ３７０ｎｍ及び１０ｎｍである。また、磁性体素子１４０の直径は、２００μｍである。
　本実施異例では、図１１及び図１２に示した流れに沿った処理による実験を行った。ここで、交流磁場を磁性体素子に印加する条件は、角周波数１ω＝２．２ＧＨｚ、Ｔ１＝１００μｓ、Ｔ２＝９０μｓ、Ｔ３＝５００μｓ、Ｔ５＝１０００μｓとした。遅延時間Ｔ４の開始０μ秒として、所定回数だけ誘起されたモードの状態を観測して０状態が観測される確率を測定し、当該確率を測定する度に遅延時間を進める実験を行った。
　図１３は、実施例において、０状態及びπ状態に初期化した場合における０状態が観測される確率を測定した結果を示す図である。モードの状態が０状態に初期化された場合には、図１３の上のグラフに示すように、０状態が観測される確率は遅延時間が０ｓのときに１となっている。誘起されたモードの位相は、０状態とπ状態との間でゆっくり変化しており、０．５を中心として振動する。さらに、０状態が観測される確率は、遅延時間が進むにつれて０．５を中心として減衰し、約３μｓ以上の遅延時間では０．５程度に収束している。これは、モードのコヒーレンスの情報が、誘起交流磁場の印加が終了されてから３μｓ程度の間保持されていることを示している。
　一方、モードの状態がπ状態に初期化された場合には、図１３の下のグラフに示すように、０状態が観測される確率は遅延時間が０ｓのときに０となっている。誘起されたモードの位相は、遅延時間が進むにつれて０．５を中心として振動しながら減衰し、約３μｓ以上の遅延時間では０．５程度に収束している。このように、モードの状態がπ状態に初期化された場合にも、モードの状態が０状態に初期化された場合と同様に、モードのコヒーレンスの情報が３μｓ程度の間保持されている。
　また、π状態に初期化された場合の振動は、０状態に初期化された場合の振動と比べて、０状態が観測される確率が０．５の線に対して、およそ上下対象となっている。これは、０状態とπ状態とを逆に（すなわち、１８０°ずらして）しても、それぞれの状態を定義できることを示している。
　［比較例］
　比較例では、１ωの角周波数を有する誘起交流磁場を磁性体素子に印加することにより、磁性体素子に磁気共鳴を起こして０状態のモードを磁性体素子に誘起させた。さらに、誘起交流磁場を終了してから２ωの角周波数を有する測定交流磁場を磁性体素子に印加し、磁性体素子に発生した電圧の位相を測定することにより、誘起されたモードの０状態が観測される確率を測定した。
　図１４は、比較例において０状態が観測される確率を測定した結果を示す図である。図１４に示すように、遅延時間が０ｓのときには０状態が観測される確率が１となっている。しかし、０状態が観測される確率は、遅延時間の経過とともに急速に減少し、数十ナノ秒程度の遅延時間で０．５に収束する。すなわち、誘起されたモードのコヒーレンスの情報は、数十ナノ秒程度で消失する。
　本実施形態に係る情報生成装置１によれば、静磁場中の磁性体素子に誘起交流磁場を印加することにより、複数の互いに位相の異なる磁化歳差運動のモードを誘起させ、モードのコヒーレンスの情報を取得できる。このとき、互いに位相の異なるモードは、静磁場に対して垂直な成分を互いに打ち消し合う。このため、巨視的な磁化ベクトルの歳差運動を表現するランダウ・リフシッツ・ギルバート方程式に矛盾することなく、モードはコヒーレンスの情報を保持できる。また、モードのコヒーレンスの情報は、巨視的な磁化ベクトルの歳差運動が緩和される時間よりも１００倍程度長く、各種の演算に利用できることが期待される。例えば、上述したモードの０状態及びπ状態は、ビットの０状態及び１状態をそれぞれ示す情報として利用され得る。
　本開示に係る情報生成装置１は各種の演算装置に適用され得る。例えば、情報生成装置１は、量子アニーリング方式、量子ゲート方式又は観測型の量子コンピュータ、セル型非線形計算機（例えば、レザバーコンピュータ及びセルオートマシン等）、古典アニーラ、確率ビット計算機等に適用され得る。ここで、確率ビット（以下、「ｐビット」とも称する。）は、０状態と１状態との間で確率的に変動し、０状態又は１状態に滞在する割合を外部入力により制御できるビットである。また、本開示に係る情報生成装置１によれば、マルチビット操作が可能となる。さらに、確率ビット計算機等では、本開示に係る情報生成装置１は、シングルビット操作に適用することも有用である。
　また、上記実施例では、誘起交流磁場と測定交流磁場との相対的な位相差を０°に固定して、遅延時間を変化させる実験を行った結果を示したが、本発明者らは、遅延時間を所定時間（例えば、１０００ｎｓ）に固定して、位相差を０～２πに変化させて、０状態が観測される確率の位相差依存性を測定する実験も行った。この実験により、位相差の変化に対して０状態が観測される確率が振動するという、長時間のコヒーレンスを反映した結果が得られている。
　［応用例：ｐビットとしての機能の検証］
　本実施形態に係る磁性体素子が、ｐビットとして機能することを検証した。具体的には、実施例で用いた磁性体素子に、１ωの角周波数を有する初期化交流磁場と、２ωの角周波数を有する誘起交流磁場とを連続的に印加した。また、誘起交流磁場のパワーを大きくすることにより、非線形効果によりモードの状態が０状態又はπ状態に遷移するようにした。
　図１５は、本実施形態に係る磁性体素子がｐビットとして機能することを検証するための実験の結果を示す図である。図１５に示す図では、横軸は測定を開始してから経過した時間を示し、縦軸は磁性体素子のＰｔ層に生じた１ωの交流電圧の振幅を示している。図１５に示すグラフにおいて、振幅の値は誘起されたモードの状態（０状態又はπ状態）に対応している。したがって、振幅の値が変化する度に、モードの状態が０状態からπ状態（あるいはπ状態から０状態）に遷移している。
　なお、図１５の一番上に示すグラフは、初期化交流磁場を印加しなかった場合の結果である。また、上から２番目及び３番目に示すグラフは、初期化交流磁場を印加した結果である。上から２番目及び３番目に示すグラフでは、モードの状態を０状態又はπ状態に制御できている。
　図１６は、図１５に示す一番上のグラフに基づいて、１秒間当たりにモードの状態が遷移する回数の分布をプロットした実験結果を示す図である。図１６に示す曲線は、ポアソン分布を示す曲線であり、実験結果とよく整合している。
　このように、本開示に係る磁性体素子では、初期化交流磁場が印加されていない場合には、モードの状態が遷移する回数の分布がポアソン分布に整合し、初期化交流磁場を印加することによりモードの状態の遷移を制御できる。このため、本開示に係る磁性体素子は、ｐビットとして機能すると考えられる。
　以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。実施形態が備える各要素並びにその配置、材料、条件、形状及びサイズ等は、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、異なる実施形態で示した構成同士を部分的に置換し又は組み合わせることが可能である。
　上記実施形態では、測定交流磁場の周波数は、誘起交流磁場の周波数と同一であるものとして説明したが、これに限定されるものではない。測定交流磁場の周波数は、初期化交流磁場の周波数と同一の周波数であってもよい。
　１…情報生成装置、１０…生成部、１３０…生成素子、１４０…磁性体素子、２０…磁場印加部、４０…交流磁場印加部、４２…初期化信号発生器、４４…誘起信号発生器、４６…測定信号発生器、６０…測定装置、６２…測定部、６４…取得部

Claims (5)

  1. 　磁性体を含む磁性体素子と、
    　前記磁性体素子に磁場を印加する磁場印加部と、
    　前記磁場が印加されている磁性体素子に交流磁場を印加して、互いに位相及び振幅の異なる複数のスピン波又は複数の磁気励起の情報を前記磁性体素子において保持させる交流磁場印加部と、
    　前記複数のスピン波又は前記複数の磁気励起の情報を取得する取得部と、
    　を備える情報生成装置。
  2. 　前記交流磁場印加部は、所定周波数を有する所定交流磁場を前記磁性体素子に印加し、前記所定交流磁場を前記磁性体素子に印加している間に、前記所定周波数の２倍の周波数を有する交流磁場を前記磁性体素子に印加する、
    　請求項１に記載の情報生成装置。
  3. 　前記交流磁場印加部は、前記交流磁場の印加を終了したあとに、前記所定周波数又は前記交流磁場の周波数と同一の周波数を有する測定交流磁場を前記磁性体素子に印加し、
    　前記取得部は、前記測定交流磁場が印加されている磁性体素子の電圧の位相に基づいて、前記情報を取得する、
    　請求項２に記載の情報生成装置。
  4. 　前記交流磁場印加部は、前記交流磁場の印加及び前記測定交流磁場の印加のセットを繰り返し実行し、
    　前記取得部は、前記測定交流磁場が印加される度に測定される前記磁性体素子の電圧の位相に基づいて、確率的な前記情報を取得する、
    　請求項３に記載の情報生成装置。
  5. 　磁性体を含む磁性体素子に磁場を印加することと、
    　前記磁場が印加されている磁性体素子に交流磁場を印加して、互いに位相及び振幅の異なる複数のスピン波又は複数の磁気励起の情報を前記磁性体素子において保持させることと、
    　前記複数のスピン波又は前記複数の磁気励起の情報を取得することと、
    　を含む情報生成方法。
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