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高温超伝導体量子コンピュータの理論

Research Project

Project/Area Number 17710081
Research Category

Grant-in-Aid for Young Scientists (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Research Field Nanostructural science
Research InstitutionNational Institute of Advanced Industrial Science and Technology

Principal Investigator

川畑 史郎  独立行政法人産業技術総合研究所, ナノテクノロジー研究部門, 主任研究員 (30356852)

Project Period (FY) 2005 – 2006
Project Status Completed (Fiscal Year 2006)
Budget Amount *help
¥3,600,000 (Direct Cost: ¥3,600,000)
Fiscal Year 2006: ¥1,400,000 (Direct Cost: ¥1,400,000)
Fiscal Year 2005: ¥2,200,000 (Direct Cost: ¥2,200,000)
Keywords量子コンピュータ / ジョセフソン効果 / 巨視的量子トンネル効果 / 銅酸化物高温超伝導体 / 異方的超伝導体 / メゾスコピック系 / 量子情報 / スピントロニクス / 固有ジョセフソン接合
Research Abstract

ナノ構造の高温超伝導体ジョセフソン接合における巨視的量子トンネル現象(MQT)および量子コンピュータへの応用に関する理論研究を行った。今年度は、以下のテーマについて研究を行った。[1]絶縁障壁/超伝導体界面に形成されるゼロエネルギー束縛状態(ZES)が巨視的量子ダイナミクスに及ぼす影響について解析を行った。その結果、ZESが絶縁障壁の両側に形成される接合においては、ZES-to-ZESの準粒子トンネルのために非常に強いオーミック散逸が生じることを明らかにした。そのため、このような接合においては実験的にMQTを観測するのが困難であることが明らかとなった。[2]BCS超伝導体と高温超伝体のハイブリッドジョセフソン接合における巨視的量子ダイナミクスの理論を構築し、高温超伝体接合に比べて、低エネルギー準粒子散逸の影響が著しく弱くなることを示した。これによりハイブリッド接合は量子コンピュータとして高いコヒーレンス性を有することを明らかにした。[3]Bi2212固ジョセフソン接合のMQTに関して、産総研の実験グループと共同研究を開始した。そして、0.5K程度の非常に高いクロスオーバー温度のMQTの観測に成功した。[4]強磁性絶縁体及びマルチフェロイック材料から構成されるジョセフフソンπ接合の巨視的量子ダイナミクス理論を構築した。そして、π接合から構成される超伝導リングにおいては、自発的に量子二準位系が形成され、外場の揺らぎ及び準粒子散逸の影響をうけない理想的な量子ビットが実現可能になることを示した。[5]経路積分量子モンテカルロ法を用いて、高温超伝導体量子ビット素子のコヒーレンス評価を行った。高温超伝導体接合においてはノード準粒子によってスーパーオーミック散逸が生じるが、散逸を強くしていくとコヒーレント相からインコヒーレント相にクロスオーバーを起こすことを大規模数値計算により示した。同時に、高温超伝導体量子ビット素子がコヒーレントに動作する温度領域を明らかにした。

Report

(2 results)
  • 2006 Annual Research Report
  • 2005 Annual Research Report
  • Research Products

    (16 results)

All 2007 2006 2005

All Journal Article (16 results)

  • [Journal Article] Theory of macroscopic Quantum Tunneling and Dissipation in High-Tc Josephson Junctions2007

    • Author(s)
      S.Kawabata, S.Kashiwaya, Y.Asano, Y.Tanaka, T.Kato, A.A.Golubov
    • Journal Title

      Supercond. Sci. Technol. 20

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      2006 Annual Research Report
  • [Journal Article] Experimental study of macroscopic quantum tunneling in Bi2212 intrinsic Josephson junctions2007

    • Author(s)
      T.Matsumoto, H.Kashiwaya, H.Shibata, S.Kashiwaya, S.Kawabata, H.Eisaki, Y.Yoshida, Y.Tanaka
    • Journal Title

      Supercond. Sci. Technol. 20

    • Related Report
      2006 Annual Research Report
  • [Journal Article] MQT observation in Bi2212 intrinsic Josephson junctions2007

    • Author(s)
      S.Kashiwaya, T.Matsumoto, H.Kashiwaya, H.Shibata, H.Eisaki, Y.Yoshida, S.Kawabata, Y.Tanaka
    • Journal Title

      Physica C (投稿中)(受理)

    • Related Report
      2006 Annual Research Report
  • [Journal Article] Quantum Dissipative Dynamics in Nanostructure d-wave Josephson Junctions2007

    • Author(s)
      S.Kawabata, A.A.Golubov, Y.Tanaka, S.Kashiwaya
    • Journal Title

      Physica C (投稿中)(受理)

    • Related Report
      2006 Annual Research Report
  • [Journal Article] Theory of Macroscopic Quantum Tunneling in Nb/Au/YBCO Josephson Junctions2007

    • Author(s)
      S.Kawabata, A.A.Golubov, Ariando, C.J.M.Verwijs, H.Hilgenkamp
    • Journal Title

      Physica C (投稿中)(受理)

    • Related Report
      2006 Annual Research Report
  • [Journal Article] Theory of macroscopic quantum coherence in d-wave superconductor junctions2007

    • Author(s)
      T.Umeki, T.Kato, T.Yokoyama, Y.Tanaka, S.Kawabata, S.Kashiwaya
    • Journal Title

      Physica C (投稿中)(受理)

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      2006 Annual Research Report
  • [Journal Article] Macroscopic Quantum Tunneling and Dissipation in c-axis Twist Josephson Junctions2006

    • Author(s)
      S.Kawabata, Y.Asano, S.Kashiwaya, Y.Tanaka
    • Journal Title

      Journal of Physics and Chemistry of Solids 67

      Pages: 120-120

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      2006 Annual Research Report
  • [Journal Article] Theory of Superonducting Pi-qubit with a Ferromagnetic Insulator2006

    • Author(s)
      S.Kawabata, S.Kashiwaya, Y.Asano, Y.Tanaka
    • Journal Title

      Physica C 437-438

      Pages: 136-136

    • Related Report
      2006 Annual Research Report
  • [Journal Article] Theory of Macroscopic Quantum Tunneling in High-Tc Cuprate2006

    • Author(s)
      S.Kawabata, Y.Tanaka, S.Kashiwaya, Y.Asano
    • Journal Title

      Physica C 437-438

      Pages: 140-140

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      2006 Annual Research Report
  • [Journal Article] Macroscopic quantum dynamics of pi-junctions with ferromagnetic insulators2006

    • Author(s)
      S.Kawabata, S.Kashiwaya, Y.Asano, Y.Tanaka, A.A.Golubov
    • Journal Title

      Phys. Rev. B 74

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      2006 Annual Research Report
  • [Journal Article] 高温超伝導体固有ジョセフソン接合における巨視的量子トンネル現象 : 理論と実験2006

    • Author(s)
      猪股邦宏, 川畑史郎
    • Journal Title

      日本物理学会誌 61・5

      Pages: 342-342

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      2006 Annual Research Report
  • [Journal Article] Effect of Zero Energy Bound States on Macroscopic Quantum Tunneling in High-Tc Superconductor Junctions2005

    • Author(s)
      S.Kawabata, S.Kashiwaya, Y.Asano, Y.Tanaka
    • Journal Title

      Physical Review B 72

      Pages: 52506-52506

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      2005 Annual Research Report
  • [Journal Article] Quasiparticle Dissipation in the Measurement Process of Phase Qubit Using high-Tc Superconductor2005

    • Author(s)
      S.Kawabata, S.Kashiwaya, Y.Asano, Y.Tanaka
    • Journal Title

      Physica E 29

      Pages: 669-669

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      2005 Annual Research Report
  • [Journal Article] Macroscopic Quantum Tunneling in a d-wave High-Tc Bi2Sr2CaCu2O Superconductor2005

    • Author(s)
      K.Inomata, S.Sato, K.Nakai ima, A.Tanaka, Y.Takano, H.B.Wang, M.Nagao, T.Hatano, S.Kawabata
    • Journal Title

      Physical Review Letters 95

      Pages: 107005-107005

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  • [Journal Article] 量子コンピュータの原理と研究開発の現状2005

    • Author(s)
      川畑史郎
    • Journal Title

      電子通信情報学会誌 88・9

      Pages: 760-760

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      2005 Annual Research Report
  • [Journal Article] 高温超伝導体における巨視的量子トンネルと量子ビットへの応用2005

    • Author(s)
      川畑史郎, 柏谷聡
    • Journal Title

      固体物理 40・10

      Pages: 755-755

    • Related Report
      2005 Annual Research Report

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Published: 2005-04-01   Modified: 2016-04-21  

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