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超伝導人工原子によるマイクロ波量子光学および量子情報ネットワーク構築

Research Project

Project/Area Number 13J07650
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field 原子・分子・量子エレクトロニクス
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

石川 豊史  東京大学, 先端科学技術研究センター, 特別研究員(PD)

Project Period (FY) 2013-04-01 – 2016-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2015)
Budget Amount *help
¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,800,000、Indirect Cost: ¥750,000)
Fiscal Year 2015: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2014: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Fiscal Year 2013: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,300,000)
Keywords量子情報処理 / 超伝導ビット / 量子光学 / 超伝導回路 / 超伝導量子ビット / 回路量子電磁気学 / マイクロ波単一遍歴光子 / リモートエンタングルメント / タイムビン / ジョセフソンパラメトリック増幅器 / 真空スクイーズド状態 / 共振器
Outline of Annual Research Achievements

遠く離れた2つの系の間での量子情報の送受信は量子情報ネットワーク構築のための基本要素であり、重要な研究課題である。光と物質のコヒーレントな相互作用が重要となるこの分野は、近年になって超伝導回路の分野でも精力的に研究が行われるようになった。特に、超伝導LC共振器にジョセフソン接合の非線形性を組み合わせた実効的な二準位系(超伝導人工原子)は原子やイオンと比べて数千倍ほど大きい双極子モーメントを持つことから、マイクロ波光子‐超伝導人工原子間の強い相互作用を比較的容易に実現することができる。そのため、近年では、この強い相互作用を用いた共振器中の光子を制御する研究(回路量子電磁気学)や、超伝導人工原子を用いた量子光学に関する研究(マイクロ波量子光学)が活発に行われている。本研究では、このような超伝導量子回路の制御性を利用した高効率な量子情報ネットワークの実現を目標とし、超伝導人工原子を用いたマイクロ波量子光学および量子情報ネットワーク構築という課題名で研究を行っている。
当研究課題では、特に超伝導共振器および超伝導人工原子を用いた、光子損失エラーに対して耐性のあるデュアルレール方式、特にタイムビンモード伝搬光子の生成についての研究を進めている。本年度は、昨年度提案したタイムビン伝搬光子生成が本当に可能かどうかを確認するため、シミュレーションを中心に研究を行った。その結果、現状の超伝導量子回路のパラメータにおいて、90%以上の生成効率を達成できることが明らかになった。しかし、実際の超伝導回路においては超伝導人工原子のエネルギーの動的制御に技術的な問題があり、シミュレーションで見積もられる実験結果は得られなかった。

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(3 results)
  • 2015 Annual Research Report
  • 2014 Annual Research Report
  • 2013 Annual Research Report
  • Research Products

    (35 results)

All 2016 2015 2014 2013

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results) Presentation (32 results)

  • [Journal Article] Hybridizing ferromagnetic magnons and microwave photons in the quantum limit2014

    • Author(s)
      Y. Tabuchi, S. Ishino, T. Ishikawa, R. Yamazaki, K. Usami, and Y. Nakamura
    • Journal Title

      Physical Review Letters

      Volume: 113 Issue: 8 Pages: 083603-083603

    • DOI

      10.1103/physrevlett.113.083603

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    • Author(s)
      K. Ohashi, T. Rosskopf, H. Watanabe, M. Loretz, Y. Tao, R. Hauert, S. Tomizawa, T. Ishikawa, J. Ishi-Hayase, S. Shikata, C. L. Degen, and K. M. Itoh
    • Journal Title

      Nano Letters

      Volume: 13 Pages: 4733-4738

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  • [Journal Article] Diamond initrongen-vacancy centers created by scanning focused helium ion beam and annealing2013

    • Author(s)
      Z. Huang, W. -D. Li, C. Santori, V. M. Acosta. A. Faraon, T. Ishikawa, W. Wu, D. Winston, R. S. Williams, and R. G. Beausoleil
    • Journal Title

      Applied Physics Letters

      Volume: 103 Issue: 8 Pages: 81906-81906

    • DOI

      10.1063/1.4819339

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      Toyofumi Ishikawa
    • Organizer
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      東京大学 先端科学技術研究センター(東京都)
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      日本物理学会2015年秋季大会
    • Place of Presentation
      関西大学千里山キャンパス(大阪府)
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      2015-09-15
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      早稲田大学、東京都
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      日本物理学会第70回年次大会
    • Place of Presentation
      早稲田大学、東京都
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      2015-03-21 – 2015-03-24
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      河野信吾、増山雄太、石川豊史、田渕豊、山崎歴舟、宇佐見康二、中村泰信
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      日本物理学会第70回年次大会
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      早稲田大学、東京都
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      2015-03-21 – 2015-03-24
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      APS March Meeting 2015
    • Place of Presentation
      San Antonio, U.S.
    • Year and Date
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      増山雄太、河野信吾、田渕豊、石川豊史、山崎歴舟、Xiaoyue Jin、Ted Gudmundsen、Simon Gustavsson、William D. Oliver、宇佐見康二、中村泰信
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      日本物理学会2014年秋季大会
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      中部大学、愛知県
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      久富隆佑、宇佐見康二、長田有登、石野誠一郎、田渕豊、山崎歴舟、野口篤史、石川豊史、中村泰信
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      日本物理学会2014年秋季大会
    • Place of Presentation
      中部大学、愛知県
    • Year and Date
      2014-09-07 – 2014-09-10
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  • [Presentation] 空洞共振器を介した強磁性マグノンと超伝導量子ビットの可変結合2014

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      田渕豊、石野誠一郎、石川豊史、野口篤史、山崎歴舟、宇佐見康二、中村泰信
    • Organizer
      日本物理学会2014年秋季大会
    • Place of Presentation
      中部大学、愛知県
    • Year and Date
      2014-09-07 – 2014-09-10
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  • [Presentation] 空洞共振器を介した強磁性マグノンと超伝導量子ビットの強結合2014

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      石野誠一郎、田渕豊、石川豊史、山崎歴舟、宇佐見康二、中村泰信
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      日本物理学会2014年秋季大会
    • Place of Presentation
      中部大学、愛知県
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      2014-09-07 – 2014-09-10
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  • [Presentation] 超伝導量子ビットを用いたマイクロ波光子分布の測定2014

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      河野信吾、増山雄太、石川豊史、田渕豊、山崎歴舟、宇佐見康二、中村泰信
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      日本物理学会2014年秋季大会
    • Place of Presentation
      中部大学、愛知県
    • Year and Date
      2014-09-07 – 2014-09-10
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      石川豊史、楠山幸一、猪股邦宏、田渕豊、増山雄太、山崎歴舟、宇佐見康二、中村泰信
    • Organizer
      日本物理学会2014年秋季大会
    • Place of Presentation
      中部大学、愛知県
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      2014-09-07 – 2014-09-10
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      Y. Tabuchi, S. Ishino, T. Ishikawa, R. Yamazaki, K. Usami, and Y. Nakamura
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      Condensed Matter in Paris 2014 (CMD 25)
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      Paris, France
    • Year and Date
      2014-08-24 – 2014-08-29
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  • [Presentation] Coherent coupling between ferromagnetic magnon and superconducting qubit2014

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      Y. Tabuchi, S. Ishino, T. Ishikawa, A. Noguchi, R. Yamazaki, K. Usami, and Y. Nakamura
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      2nd School and conference on Spin-based quantum information processing (Spin Qubit 2)
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      Konstanz, Germany
    • Year and Date
      2014-08-18 – 2014-08-21
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      神奈川県 東海大学
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      日本物理学会第69回年次大会
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      神奈川県 東海大学
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      徳島県 徳島大学
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      田渕豊、石川豊史、山崎歴舟、宇佐見康二、中村泰信
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      徳島県 徳島大学
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      増山雄太、木村純、田渕豊、石川豊史、山崎歴舟、X. Jin、T. Gudmundsen、S. Gustavsson、W. D. Oliver、中村泰信
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      徳島県 徳島大学
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      増山雄太、木村純、田渕豊、石川豊史、山崎歴舟、Pierre-Marie Billangeon、越野和樹、中村泰信
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      徳島県 徳島大学
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      石川豊史
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    • Place of Presentation
      栃木県 ホテルサンバレー那須
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  • [Presentation] Strong coupling ferromagnetic magnons to a microwave resonator2013

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      Y. Tabuchi, S. Ishino, T. Ishikawa, R. Yamazaki, K. Usami, and Y. Nakamura
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      Atsugi, Kanagawa, Japan
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      K. Ohashi, T. Rosskopf, H. Watanabe, S. Tomizawa, J. Ishi-Hayase, T. Ishikawa, K. -M. Fu, C. Santori, V. M. Acosta, R. G. Beausoleil, S. Shikata, C. L. Degen, and K. M. Itoh
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      7th International School and Conference on Spintronics and Quantum Information Technology (SPINTECH 7)
    • Place of Presentation
      Chicago, U.S.
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      K. Ohashi, T. Rosskopf, H. Watanabe, S. Tomizawa, J. Ishi-Hayase, T. Ishikawa, K. -M. Fu, C. Santori, V. M. Acosta, R. G. Beausoleil, S. Shikata, C. L. Degen, and K. M. Itoh
    • Organizer
      The 12th Asia Pacific Physics Conference (APPC12)
    • Place of Presentation
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      I. Gross, K. Ohashi, T. Rosskopf, H. Watanabe, S. Tomizawa, J. Ishi-Hayase, T. Ishikawa, K. -M. Fu, C. Santori, V. M. Acosta, R. G. Beausoleil, S. Shikata, C. L. Degen, and K. M. Itoh
    • Organizer
      The 12th Asia Pacific Physics Conference (APPC12)
    • Place of Presentation
      Chiba, Japan
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    • Author(s)
      K. Ohashi, T. Rosskopf, I. Croβ, H. Watanabe, S. Tomizawa, J. Ishi-Hayase, T. Ishikawa, K. -M. Fu, C. Santori, V. M. Acosta, R. G. Beausoleil, C. L. Degen and K. M. Itoh
    • Organizer
      Workshop On Diamond-Spintronics, Photonics, Bio-Applications
    • Place of Presentation
      Hong Kong, China
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    • Author(s)
      K. Ohashi, T. Rosskopf, H. Watanabe, S. Tomizawa, J. Ishi-Hayase, T. Ishikawa, K. -M. Fu, C. Santori, V. M. Acosta, R. G. Beausoleil, S. Shikata, C. L. Degen, and K. M. Itoh
    • Organizer
      Workshop on Diamond -Spintronics, Photonics, Bio-applications
    • Place of Presentation
      Hong Kong, China
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    • Author(s)
      K. Ohashi, I. Gross, T. Rosskopf, H. Watanabe, S. Tomizawa, J. Ishi-Hayase, T. Ishikawa, K. -M. Fu, C. Santori, V. M. Acosta, R. G. Beausoleil, S. Shikata, C. L. Degen, K. M. Itoh
    • Organizer
      The 11th US-Japan Joint Seminar on Quantum Electronics and Laser Spectroscopy "Ultimate Quantum Systems of Light and Matter- Control and Applications"
    • Place of Presentation
      Nara, Japan
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      T. Ishikawa, J. Kimura, H. Terai, T. Goto, F. Kaji, Y. Masuyama, Y. Tabuchi, R. Yamazaki, and Y. Nakamura
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      The 11th US-Japan Joint Seminar on Quantum Electronics and Laser Spectroscopy "Ultimate Quantum Systems of Light and Matter- Control and Applications"
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      Nara, Japan
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      Y. Masuyama, F. Kaji, J. Kimura, T. Goto, Y. Tabuchi, T. Ishikawa, R. Yamazaki, P. -M. Billangeon, and Y. Nakamura
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      Nara, Japan
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      Nara, Japan
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Published: 2014-01-29   Modified: 2024-03-26  

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