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2キュービットゲートを用いた鎖状スケーラブル量子コンピュータの開発

Research Project

Project/Area Number 21651045
Research Category

Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research

Allocation TypeSingle-year Grants
Research Field Nanostructural science
Research InstitutionUniversity of Tsukuba

Principal Investigator

磯谷 順一  University of Tsukuba, 大学院・図書館情報メディア研究科, 教授 (60011756)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 谷口 尚  独立行政法人物質・材料研究機構, ナノ物質ラボ, グループリーダー (80354413)
大島 武  独立行政法人日本原子力研究開発機構, 量子ビーム応用研究部門・環境・産業応用研究開発ユニット, 研究主幹 (50354949)
Project Period (FY) 2009
Project Status Completed (Fiscal Year 2009)
Budget Amount *help
¥2,500,000 (Direct Cost: ¥2,500,000)
Fiscal Year 2009: ¥2,500,000 (Direct Cost: ¥2,500,000)
Keywords量子情報 / スピントロニクス / 量子コンピューティング / ダイヤモンド / NVセンター / 電子スピン共鳴 / 同位体制御
Research Abstract

本研究は、「ダイヤモンド中のNVセンター(室温で初期化と単一スピン検出ができる)を鎖状に並べたスヶーラブル・室温動作の量子コンピュータの開発の前提」である、(1)核スピンをもたない同位体^<12>Cの濃縮と不純物窒素低減とにより、NVセンターのコヒーレンス時間が十分に長くできること、それにより(2)双極子双極子相互作用を用いて、2キュービットのCNOTゲートが実現できること、を実証することを目的とした。
^<12>C99.7%、不純物窒素濃度[N]=0.05ppbのCVD単結晶でNVセンターのコヒーレンス時間T_2=1.8ms(室温)が得られたのに対して、^<12>C99.97%,[N]=0.6ppmのHPHT結晶中のNVセンターではT_2=0.17msで、[N]=0.6ppmの天然存在比の結晶と同じであった。上記のCVD単結晶では成長時導入のNVセンターについてT_2が測定されているのに対して、HPHT結晶では電子線照射・熱処理を用いてNVセンターを作成している。2キュービットのCNOTゲートの実証には、イオン注人で作成したNVセンターのペアーが、長いT_2をもつような作製プロセスが不可欠である。
電子線照射やイオン注入で効率よくNVセンターを作成するとともに、コヒーレンス時間を短くする要因となる余分な欠陥を残さないために、高温の電子線照射や窒素イオン照射を行い、照射条件・熱処理条件を探索した。
^<12>C99.97%濃縮した炭素源を用いて作成したHPHT結晶において不純物窒素の低減をはかり、[N]=35ppbのものが得られた。この結晶に、単一イオン入射マイクロイオンビーム技術を用い、同一ポイント(径~1μm)に数を制御した窒素イオン(10MeV)の照射を行った。碁盤目状に打ち込んだたくさんのポイントのなかから、NVセンターのペアーを探し出すことにより、CNOTゲートに使える距離のペアーとして存在するNVセンターのT_2を長くする指針が得られると考えられる。

Report

(1 results)
  • 2009 Annual Research Report
  • Research Products

    (5 results)

All 2010 2009

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results) Presentation (4 results)

  • [Journal Article] Ultralong spin coherence time in isotopically engineered diamond2009

    • Author(s)
      G.Balasubramanian
    • Journal Title

      Nature materials 8

      Pages: 383-387

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    • Peer Reviewed
  • [Presentation] FT-ESRを用いたダイヤモンド中の窒素の高感度定量2010

    • Author(s)
      磯谷順一
    • Organizer
      第57回応用物理学関係連合講演会
    • Place of Presentation
      東海大学
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  • [Presentation] ダイヤモンド中のNVセンターの高濃度作成とスピン緩和2010

    • Author(s)
      磯谷順一
    • Organizer
      日本物理学会第65会年次大会
    • Place of Presentation
      岡山大学
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  • [Presentation] NVセンターの量子情報処理・磁束計への応用の課題と欠陥制御2009

    • Author(s)
      磯谷順一
    • Organizer
      第23回ダイヤモンドシンポジウム
    • Place of Presentation
      千葉工業大学
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  • [Presentation] ダイヤモンド中の[NV]-センターのアンサンブル系のスピン緩和:T_1,T_2^*,T_22009

    • Author(s)
      磯谷順一
    • Organizer
      第48回電子スピンサイエンス学会年会
    • Place of Presentation
      神戸大学
    • Related Report
      2009 Annual Research Report

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Published: 2009-04-01   Modified: 2016-04-21  

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