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超伝導回路を用いた量子エレクトロメカニクス

Research Project

Project/Area Number 15J11058
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

野口 篤史  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) 2015-04-24 – 2016-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2015)
Budget Amount *help
¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
Fiscal Year 2015: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
Keywords量子エレクトロニクス / レーザー冷却 / 量子ハイブリッド系 / オプトメカニクス / 超伝導量子回路
Outline of Annual Research Achievements

機械振動子を電磁波と結合させるエレクトロ(オプト)メカニクスと呼ばれる分野が、近年に盛んに研究をされている。本研究では、機械振動子としてQ値の高い窒化シリコン薄膜振動子、電磁波としてマイクロ波共振器を用いることで、両者の量子ハイブリッド系の実現を目指した。
実験では、薄膜振動子とシリコン基板上に微細加工技術によってアルミ電極を形成し、薄膜振動子と結合したマイクロ波共振器の作成した。薄膜振動子の振動が回路の静電容量を変調し、マイクロ波共振器との結合が生まれる。サンプルを希釈冷凍機で10mKに冷却し、マイクロ波分光によってその応答を観測した。さらに系をドライブするためのマイクロ波を印加し、薄膜振動子とマイクロ波共振器との間にパラメトリック結合を誘起した。こうして、薄膜振動子とマイクロ波共振器と間の強結合領域にあるハイブリッド系を構築する事ができた。
また、このハイブリッド系を用いて、薄膜振動子の冷却に成功した。薄膜振動子のエネルギーをマイクロ波に変化することで、薄膜振動子の緩和を人工的に制御することができ、薄膜振動子からエネルギーを抜く、つまり冷却することが可能になる。実験では、実効温度20mKから30μKまでの冷却に成功し、量子基底状態付近まで薄膜振動子を冷却することができた。このことにより、系が量子極限にまで達していることを確かめることができた。
さらにこうして作成したマイクロ波共振器中に超伝導キュービットを配置する事で、薄膜振動子ーマイクロ波共振器ー超伝導キュービットの3者間の量子ハイブリッド系を構築することができた。

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

(1 results)
  • 2015 Annual Research Report
  • Research Products

    (13 results)

All 2016 2015

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results,  Acknowledgement Compliant: 2 results) Presentation (11 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Invited: 1 results)

  • [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
  • [Journal Article] Hong-Ou-Mandel interference of two phonons in trapped ions2015

    • Author(s)
      K. Toyoda, R. Hiji, A. Noguchi, S. Urabe
    • Journal Title

      Nature

      Volume: 527 Issue: 7576 Pages: 74-74

    • DOI

      10.1038/nature15735

    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] マイクロ波光子と薄膜振動子の強結合系の実現2016

    • Author(s)
      野口篤史, 山崎歴舟, 安宅学, 藤田博之, 田渕豊, 石川豊史, 宇佐見康二, 中村泰信
    • Organizer
      日本物理学会 第71回年次大会
    • Place of Presentation
      東北学院大学(宮城)
    • Year and Date
      2016-03-19
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [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
      日本物理学会 第71回年次大会
    • Place of Presentation
      東北学院大学(宮城)
    • Year and Date
      2016-03-19
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] 量子シミュレーションに向けた冷却イオンのスピンおよび配列自由度の量子状態制御2016

    • Author(s)
      野口篤史
    • Organizer
      日本物理学会 第71回年次大会
    • Place of Presentation
      東北学院大学(宮城)
    • Year and Date
      2016-03-19
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Invited
  • [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
      日本物理学会 第71回年次大会
    • Place of Presentation
      東北学院大学(宮城)
    • Year and Date
      2016-03-19
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] Electromechanical SiN-membrane inside a 3D microwave cavity2016

    • Author(s)
      A. Noguchi, R. Yamazaki, M. Ataka, H. Fujita, Y. Tabuchi, T. Ishikawa, K. Usami, Y. Nakamura
    • Organizer
      Gordon Research Conference :Mechanical Systems in the Quantum Regime
    • Place of Presentation
      Ventura, USA
    • Year and Date
      2016-03-06
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Electromechanical SiN-membrane inside a 3D microwave cavity2016

    • Author(s)
      A. Noguchi, R. Yamazaki, M. Ataka, H. Fujita, Y. Tabuchi, T. Ishikawa, K. Usami, Y. Nakamura
    • Organizer
      Dynamics in Artificial Quantum Systems (DAQS2016)
    • Place of Presentation
      東京大学先端研(東京)
    • Year and Date
      2016-01-12
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Electromechanical SiN-membrane inside a 3D microwave cavity2015

    • Author(s)
      A. Noguchi, R. Yamazaki, M. Ataka, H. Fujita, Y. Tabuchi, T. Ishikawa, K. Usami, Y. Nakamura
    • Organizer
      International Symposium on Nanoscale Transport and Technology (ISNTT2015)
    • Place of Presentation
      NTT厚木研究開発センター(神奈川)
    • Year and Date
      2015-11-17
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 磁性体球形光共振器における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, M. Sadgrove, R. Yalla, 野村政宏, 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(大阪)
    • Year and Date
      2015-09-16
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] 超伝導量子ビットを用いたタイムビンモード伝播光子の生成2015

    • Author(s)
      石川豊史, 河野信吾, 楠山幸一, 猪股邦宏, 増山雄太, 野口篤史, 田渕豊, 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(大阪)
    • Year and Date
      2015-09-16
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] 伝搬マイクロ波の量子非破壊測定による単一光子状態の生成2015

    • Author(s)
      河野信吾, 増山雄太, 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(大阪)
    • Year and Date
      2015-09-16
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [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(大阪)
    • Year and Date
      2015-09-16
    • Related Report
      2015 Annual Research Report

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

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