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強磁性体を用いた量子中継器

Research Project

Project/Area Number 15J10499
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Atomic/Molecular/Quantum electronics
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

田渕 豊  東京大学, 先端科学技術研究センター, 特別研究員(PD) (90727380)

Project Period (FY) 2015-04-24 – 2018-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2016)
Budget Amount *help
¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000)
Fiscal Year 2016: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2015: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Keywords超伝導量子ビット / 強磁性体 / マグノン / 回路量子電磁力学 / 量子ゲート / 量子中継器 / 超電導量子ビット / イットリウム鉄ガーネット
Outline of Annual Research Achievements

我々は空洞共振器中の量子ビットと強磁性を用いた量子中継器の実現を目指している。超伝導量子ビットは共振器中の電磁場モードと大きな電気双極子モーメントを通じて結合することが知られ、強磁性体スピン集団は磁気双極子モーメントを通じて共振器モードとコヒーレントに結合する。両者は空間的に離れていたとしても、共通の電磁場モードを介して情報をやり取りすることができる。ここで情報の担体は強磁性体中の磁化のエネルギー励起や超伝導回路中プラズモンポラリトンのエネルギー励起となり、量子化された励起エネルギーの有無を情報の0と1に対応させる。前年度に強磁性体中の磁化のエネルギーから超伝導量子ビットへの情報転写を実装したため、本年度は量子中継器の基礎技術である2つの超伝導量子ビット間の相関対生成実験を行う。

超伝導量子ビットの相関対生成ゲートには交差共鳴ゲートを用いる。2つの超伝導量子ビットは空洞共振器を介して結合しており、空間的に約10mm程度離れている。片側の量子ビットに、他方の量子ビット共鳴周波数にてマイクロ波パルスを印加することで量子ゲートが実装される。量子ゲートにより生成された状態は、短い距離ながらに非局所相関を持つ状態となる。我々は2つの量子ビットを効率的に結合するマイクロ波共振器を設計した。マイクロ波共振器・量子ビットの共振周波数、量子ビットとの結合係数などは電磁界計算により算出し、量子ゲートの設計に必要なパラメータを算出する手法を確立した。相関対生成の実験を行い、量子状態推定を用いて相関対のコンカレンスを推定したところ0.66であった。コンカレンスの向上のため量子過程推定を用いて量子ゲートを詳しく解析したところ、量子ビットのコヒーレンス時間により相関対の純度が制限されていることを明らかにした。量子ビットのコヒーレンス時間の延伸と、相関対生成ゲートのゲート時間の短縮が今後の課題である。

Research Progress Status

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2016 Annual Research Report
  • 2015 Annual Research Report
  • Research Products

    (29 results)

All 2017 2016 2015 Other

All Journal Article (6 results) (of which Int'l Joint Research: 5 results,  Peer Reviewed: 6 results,  Open Access: 2 results,  Acknowledgement Compliant: 5 results) Presentation (21 results) (of which Int'l Joint Research: 10 results,  Invited: 3 results) Remarks (2 results)

  • [Journal Article] Ground state cooling of a quantum electromechanical system with a silicon nitride membrane in a 3D loop-gap cavity2016

    • Author(s)
      A. Noguchi, R. Yamazaki, M. Ataka, H. Fujita, Y. Tabuchi, T. Ishikawa, K. Usami, and Y. Nakamura
    • Journal Title

      New J. Phys.

      Volume: 18 Issue: 10 Pages: 103036-103036

    • DOI

      10.1088/1367-2630/18/10/103036

    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Quantum magnonics: The magnon meets the superconducting qubit2016

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

      C. R. Physique

      Volume: 17 Issue: 7 Pages: 729-739

    • DOI

      10.1016/j.crhy.2016.07.009

    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Bidirectional conversion between microwave and light via ferromagnetic magnons2016

    • Author(s)
      R. Hisatomi, A. Osada, Y. Tabuchi, T. Ishikawa, A. Noguchi, R. Yamazaki, K. Usami, and Y. Nakamura
    • Journal Title

      Phys. Rev. B

      Volume: 93 Issue: 17 Pages: 174427-174427

    • DOI

      10.1103/physrevb.93.174427

    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Cavity optomagnonics with spin-orbit coupled photons2016

    • Author(s)
      A. Osada, R. Hisatomi, A. Noguchi, Y. Tabuchi, R. Yamazaki, K. Usami, M. Sadgrove, R. Yalla, M. Nomura, and Y. Nakamura
    • Journal Title

      Phys. Rev. Lett.

      Volume: 116 Issue: 22 Pages: 223601-223601

    • DOI

      10.1103/physrevlett.116.223601

    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] A Ku band pulsed electron paramagnetic resonance spectrometer using an arbitrary waveform generator for quantum control experiments at millikelvin temperatures2015

    • Author(s)
      Y. S. Yap, Y. Tabuchi, M. Negoro, A. Kagawa and M. Kitagawa
    • Journal Title

      Rev. Sci. Instrum.

      Volume: 86 Issue: 6 Pages: 063110-063110

    • DOI

      10.1063/1.4922791

    • NAID

      120006955559

    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Coherent coupling between a ferromagnetic magnon and a superconducting qubit2015

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

      Science

      Volume: 349 Issue: 6246 Pages: 405-408

    • DOI

      10.1126/science.aaa3693

    • NAID

      40020891793

    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] バルクモード弾性波共振器を用いたオプトメカニクス2017

    • Author(s)
      大黒文和, 岡田彪利, 山崎歴舟, 野口篤史, 田渕豊, 宇佐見康二, 中村泰信
    • Organizer
      日本物理学会 第72回年次大会 (2017年)
    • Place of Presentation
      大阪大学 豊中キャンパス (大阪府)
    • Year and Date
      2017-03-18
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      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] 表面弾性波 光共振器結合系の構築2017

    • Author(s)
      岡田彪利, 大黒文和, 山崎歴舟, 野口篤史, 田渕豊, 宇佐見康二, 中村泰信
    • Organizer
      日本物理学会 第72回年次大会 (2017年)
    • Place of Presentation
      大阪大学 豊中キャンパス (大阪府)
    • Year and Date
      2017-03-18
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      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] Nonclassical photon number distribution in a superconducting cavity under a squeezed drive2017

    • Author(s)
      S. Kono, Y. Masuyama, T. Ishikawa, Y. Tabuchi, R. Yamazaki, K. Usami, K. Koshino, Y. Nakamura
    • Organizer
      APS March Meeting 2017
    • Place of Presentation
      New Orleans (United States of America)
    • Year and Date
      2017-03-17
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Dispersive coupling between a surface-acoustic-wave resonator and a superconducting qubit2017

    • Author(s)
      A. Noguchi, R. Yamazaki, Y. Tabuchi, K. Usami, Y. Nakamura
    • Organizer
      APS March Meeting 2017
    • Place of Presentation
      New Orleans (United States of America)
    • Year and Date
      2017-03-17
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 超伝導量子ビットを用いた量子Maxwellの悪魔の実装2016

    • Author(s)
      増山雄太, 野口篤史, 布能謙, 村下湧音, 河野信吾, 田渕豊, 山崎歴舟, 上田正仁, Jukka P. Pekola, 中村泰信
    • Organizer
      日本物理学会2016年秋季大会
    • Place of Presentation
      金沢大学 角間キャンパス (石川県)
    • Year and Date
      2016-09-13
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] 超伝導量子ビットを用いた2量子ビットゲートの評価2016

    • Author(s)
      宮崎潤, 田渕豊, 河野信吾, 野口篤史, 山崎歴舟, 宇佐見康二, 中村泰信
    • Organizer
      日本物理学会2016年秋季大会 14pKH-3
    • Place of Presentation
      金沢大学 角間キャンパス (石川県)
    • Year and Date
      2016-09-04
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] 超伝導量子ビットと強磁性体中の単一マグノンとのコヒーレント結合の実現2016

    • Author(s)
      田渕豊
    • Organizer
      第71回 日本物理学会年次大会
    • Place of Presentation
      東北学院大学(泉キャンパス)
    • Year and Date
      2016-03-20
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 強磁性体と結合した超伝導量子ビットのマグノン真空誘起ラビ振動2016

    • Author(s)
      田渕豊, 石野誠一郎, 野口篤史, 石川豊史, 山崎歴舟, 宇佐見康二, 中村泰信
    • Organizer
      第71回 日本物理学会年次大会
    • Place of Presentation
      東北学院大学(泉キャンパス)
    • Year and Date
      2016-03-20
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] 強磁性体中のマグノン数に依存した超伝導量子ビットの周波数シフトの観測2016

    • Author(s)
      石野誠一郎,Dany Lachance-Quirion,田渕豊,野口篤史,石川豊史,山崎歴舟,宇佐見康二,中村泰信
    • Organizer
      第71回 日本物理学会年次大会
    • Place of Presentation
      東北学院大学(泉キャンパス)
    • Year and Date
      2016-03-20
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      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] 数値最適化選択的デカップリングパルスの固体NMR実験2016

    • Author(s)
      根来誠, 中村謙太, 米井佑, 田渕豊, 北川勝浩
    • Organizer
      第71回 日本物理学会年次大会
    • Place of Presentation
      東北学院大学(泉キャンパス)
    • Year and Date
      2016-03-20
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] Coherent coupling between a ferromagnetic magnon and a superconducting qubit2016

    • Author(s)
      Yutaka Tabuchi, Seiichiro Ishino, Atsushi Noguchi, Toyofumi Ishikawa, Rekishu Yamazaki, Koji Usami, Yasunobu Nakamura
    • Organizer
      CEMS Symposium on Dynamics in Artificial Quantum System
    • Place of Presentation
      The University of Tokyo, Tokyo, Japan
    • Year and Date
      2016-01-13
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      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Cavity optomagnonics using a whispering gallery mode resonator2016

    • Author(s)
      A. Osada, R. Hisatomi, A. Noguchi, Y. Tabuchi, R. Yamazaki, K. Usami, M. Sadgrove, R. Yalla, M. Nomura, Y. Nakamura
    • Organizer
      CEMS Symposium on Dynamics in Artificial Quantum System
    • Place of Presentation
      The University of Tokyo, Tokyo, Japan
    • Year and Date
      2016-01-13
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      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Bidirectional conversion between microwave and light via ferromagnetic magnons2016

    • Author(s)
      R. Hisatomi, A. Osada, Y. Tabuchi, T. Ishikawa, A. Noguchi, R. Yamazaki, K. Usami, Y. Nakamura
    • Organizer
      CEMS Symposium on Dynamics in Artificial Quantum System
    • Place of Presentation
      The University of Tokyo, Tokyo, Japan
    • Year and Date
      2016-01-13
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Quantum non-demolition detection of an itinerant single photon using a superconducting qubits2016

    • Author(s)
      Shingo Kono, Yuta Masuyama, Toyofumi Ishikawa, Atsushi Noguchi, Yutaka Tabuchi, Rekishu Yamazaki, Koji Usami, Yasunobu Nakamura
    • Organizer
      CEMS Symposium on Dynamics in Artificial Quantum System
    • Place of Presentation
      The University of Tokyo, Tokyo, Japan
    • Year and Date
      2016-01-12
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Coherent coupling between ferromagnetic magnon and superconducting qubit2015

    • Author(s)
      Yutaka Tabuchi, Seiichiro Ishino, Atsushi Noguchi, Toyofumi Ishikawa, Rekishu Yamazaki, Koji Usami, Yasunobu Nakamura
    • Organizer
      International Symposium on Nanoscale Transport and Technology
    • Place of Presentation
      NTT Atsugi R&D Center, Atsugi, Kanagawa, Japan
    • Year and Date
      2015-11-20
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Electromechanical SiN membrane inside a 3D microwave cavity2015

    • Author(s)
      Atsushi Noguchi, Rekishu Yamazaki, M. Ataka, H. Fujita, K. Makise, S. Miki, H. Terai, Yutaka Tabuchi, Toyofumi Ishikawa, Koji Usami, Yasunobu Nakamura
    • Organizer
      International Symposium on Nanoscale Transport and Technology
    • Place of Presentation
      NTT Atsugi R&D Center, Atsugi, Kanagawa, Japan
    • Year and Date
      2015-11-18
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Quantum non-demolition detection of an itinerant single microwave photon using a superconducting qubit2015

    • Author(s)
      S. Kono, Y. Masuyama, T. Ishikawa, Y. Tabuchi, R. Yamazaki, K. Usami, Y. Nakamura
    • Organizer
      International Symposium on Nanoscale Transport and Technology
    • Place of Presentation
      NTT Atsugi R&D Center, Atsugi, Kanagawa, Japan
    • Year and Date
      2015-11-17
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Opto-Electromechanical System as a Quantum Transducer2015

    • Author(s)
      Rekishu Yamazaki, Atsushi Noguchi, Kenji Sato, Yutaka Tabuchi, Toyofumi Ishikawa, Koji Usami, Yasunobu Nakamura
    • Organizer
      28th International Symposium on Superconductivity
    • Place of Presentation
      Tower Hall Funabori,Funabori, Tokyo, Japan
    • Year and Date
      2015-11-17
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 強磁性体を用いた光-マイクロ波双方向変換2015

    • Author(s)
      久富隆佑, 長田有登, 石野誠一郎, 野口篤史, 田渕豊, 石川豊史, 山崎歴舟, 宇佐見康二, 中村泰信
    • Organizer
      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
    • Year and Date
      2015-09-18
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] 光のスピン‐軌道結合を用いた共振器オプトマグノニクス2015

    • Author(s)
      長田有登, 久富隆佑, 野口篤史, 田渕豊, 山崎歴舟, 宇佐見康二, M. Sadgrove, R. Yalla, 野村政宏, 中村泰信
    • Organizer
      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
    • Year and Date
      2015-09-17
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] 量子制御実験 チュートリアルII2015

    • Author(s)
      田渕 豊
    • Organizer
      量子制御技術の発展により拓かれる 量子情報の新時代
    • Place of Presentation
      京都大学基礎物理学研究所, 湯川記念館パナソニック国際交流ホール
    • Year and Date
      2015-07-13
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Invited
  • [Remarks] 量子情報物理工学分野

    • URL

      http://www.qc.rcast.u-tokyo.ac.jp/

    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Remarks] ERATO 巨視的量子機械 プロジェクト

    • URL

      http://www.jst.go.jp/erato/nakamura_mqm/

    • Related Report
      2016 Annual Research Report

URL: 

Published: 2015-11-26   Modified: 2024-03-26  

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