| Project/Area Number |
22K13987
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 13020:Semiconductors, optical properties of condensed matter and atomic physics-related
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
SASAKI Ryo 国立研究開発法人理化学研究所, 量子コンピュータ研究センター, 基礎科学特別研究員 (70890276)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
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| Keywords | 量子変換器 / オプトメカニクス / 表面弾性波 / 量子コンピュータ / 光変調器 / ハイブリッド量子系 / 光共振器 / リング共振器 / 超伝導回路 / 量子情報 / 音響導波路 |
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| Outline of Research at the Start |
超伝導体を利用する量子ビットは希釈冷凍機を用いた極低温環境しか動作せず，大規模量子コンピュータの実現のためには異なる冷凍機内の量子ビット間をつなぐネットワークの構築が必要となる．超伝導量子ビットの動作周波数であるマイクロ波は熱ノイズに弱く室温に取り出すことができないため，室温環境下でも量子状態を保持できる光信号へ変換する量子変換器が必要となる．
本研究ではマイクロ波と光の間に音波（フォノン）を仲介する変換器を開発する．変換器内で音波と光を微小領域に同時に閉じ込め両者を強く結合させることで，高効率変換を実現する．
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| Outline of Final Research Achievements |
We have developed a microwave-optical signal transducer to realize an optically connected distributed superconducting quantum computer. In a method in which microwave and optical signals are converted using phonons as an intermediary, reducing the mode volume of phonon resonance is an effective way to increase the efficiency of the transducer. In this study, we developed a surface acoustic wave resonator on a piezoelectric thin film with a focusing wavefront. We achieved confinement of the surface acoustic wave resonance mode in the film thickness direction and within the surface, thereby achieving a small mode volume. We also investigated the design of the resonator and the properties of the thin film material. We clarified methods for controlling coupling with the resonance mode and reducing losses of the resonator.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
汎用な大規模量子コンピュータを実現するために，超伝導回路を含めた多くの方式において，光通信による接続方法が検討されている．本研究ではフォノンを利用した新しいデバイス構造に基づく変換器の開発を行い，変換器の高効率化のための要素技術の開発と，性能を制限している物理的な要因を明らかにした．ここで得られた知見は，特に圧電薄膜を用いた表面弾性波共振器の変換器への応用に貢献するものである．
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