カーボンナノチューブを用いたスピン量子エンタングラー・量子ビットの創製

• Project/Area Number: 16651050
• Research Category: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Nanostructural science
• Research Institution: Aoyama Gakuin University
• Principal Investigator: 春山 純志 青山学院大学, 理工学部, 助教授 (70296383)
• Project Period (FY): 2004 – 2005
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2005)
• Budget Amount: ¥3,600,000 (Direct Cost: ¥3,600,000); Fiscal Year 2005: ¥1,700,000 (Direct Cost: ¥1,700,000); Fiscal Year 2004: ¥1,900,000 (Direct Cost: ¥1,900,000)
• Keywords: ナノチューブ / スピンエンタングラー / 量子ビット / クーパー対 / ラッティンジャー / カーボンナノチューブ / 超電導 / 朝永・ラッティンジャー液体 / スピン

Research Abstract

カーボンナノチューブ(CNT s)を用いてスピン量子エンタングラーを創製するための基礎実験を行い、その構成要素となる下記の実験に成功した。
1:朝永ラッティンジャー液体(TLL)状態を持つ複数のCNT sの一端に超伝導金属(Nb)を接続し、クーパー対を注入した。この時TLLの持つクーロン斥力によりクーパー対が個々のスピンに分離され別々のCNT sに注入されることを、伝導度と温度の相関に存在するべき乗則を詳しく観察し理論と比較することで確認することに成功した。特にチューブ直径をほぼ同一に保ちながらチューブ間隔を変調することに成功し、べき乗則の測定結果と理論を比較することでクーパー対分離の可能性をさらに明らかにした。これにより超伝導電極から注入するクーパー対を高効率で各スピンに分離し別々のCNT sに注入することが可能になり、分離されたスピンを磁場などで制御することでスピン量子エンタングラーの基本動作を可能にした。
2:上記超伝導体の空間的次元が低いほどクーパー対の分離効率は高いことが理論で予言されている。このため一次元伝導体であるCNT sを超伝導にすることを試みた。その結果多層CNT sを電極で完全終端することでT_c=12Kという世界最高温度で超伝導転移させることに成功した。この超伝導多層CNT sとTLLを持つCNT sのハイブリッド系を作ることで、最終的に極めて高効率でクーパー対をスピン分離し、スピン量子エンタングラーの創製が可能になった。

Research Products

• [Journal Article] Superconductivity in entirely end-bonded multi-walled carbon nanotubes (2006)
  • Author(s): I.Takesue, J.Haruyama et al.
  • Journal Title: Physical Review Letters 96 Pages: 57001-57001
• [Journal Article] Possibility of quantum computation in carbon nanotubes, -Cooper pairs, Tomonaga-Luttinger liquids, and spin entanglement- (2006)
  • Author(s): J.Haruyama
  • Journal Title: Quantum computation and quantum information ; NATO Science series (印刷中)
• [Journal Article] High-T_c superconductivity in entirely end-bonded multi-walled carbon nanotubes (2006)
  • Author(s): J.Haruyama, I.Takesue et al.
  • Journal Title: Special Issue of Microelectronics Journal (印刷中)
• [Journal Article] Proximity-induced superconductivity, spin entanglement, and Luttinger liquid in carbon nanotubes (2005)
  • Author(s): J.Haruyama, I.Takesue et al.
  • Journal Title: Indian J.Chemistry, special Issue for Electrochemistry at Nano Electrodes 44A Pages: 968-974
• [Journal Article] Correlation of Tomonaga-Luttinger liquid, superconductivity, and spin entanglement in carbon nanotubes (2005)
  • Author(s): J.Haruyama
  • Journal Title: Physica Status Sol.(b) 242(2) Pages: 265-270
• [Journal Article] High-T_c superconductivity in entirely end-bonded multi-walled carbon nanotubes (2005)
  • Author(s): J.Haruyama, I.Takesue et al.
  • Journal Title: Proceedings of the 1^<st> Workshop on Nanotechnology Transfer in Europe Pages: 13-18
• [Journal Article] Proximity-induced superconductivity, spin entanglement, and Luttinger liquid in carbon nanotubes (2005)
  • Author(s): J.Haruyama, I.Takesue, 他
  • Journal Title: Indian J.Chemistry, special Issue for Electrochemistry at Nano Electrodes (発表予定)(印刷中)
• [Journal Article] Multi-walled carbon nanotubes with NbN superconducting electrodes (2004)
  • Author(s): J.Haruyama, I.Takesue, 他
  • Journal Title: Physica E 24 Pages: 32-35
• [Journal Article] End-bonding multi-walled carbon nanotubes in alumina templates : superconducting proximity effect (2004)
  • Author(s): J.Haruyama, 他
  • Journal Title: Appl.Phys.Lett. 84 Pages: 4714-4714
• [Journal Article] Supercurrent through diffusive multi-walled carbon nanotubes (2004)
  • Author(s): J.Haruyama
  • Journal Title: Physica C 408-410 Pages: 85-87
• [Journal Article] Mesoscopic phenomena in Nanotubes and Nanowires (2004)
  • Author(s): J.Haruyama
  • Journal Title: Encyclopedia of Nanoscience and Nanotechnology Vol.5 Pages: 291-335
• [Book] カーボンナノチューブの材料科学入門 (2005)
  • Author(s): 春山純志, 斉藤弥八, 坂東俊二, 他
  • Publisher: コロナ社
• [Book] カーボンナノチューブの材料科学入門 (2005)
  • Author(s): 春山純志
  • Total Pages: 68
  • Publisher: コロナ社
• [Patent(Industrial Property Rights)] 超伝導カーボンナノチューブの創製 (2006)
  • Inventor(s): 春山 純志
  • Industrial Property Rights Holder: 科学技術振興機構
  • Filing Date: 2006-03-17