量子変換器ための微小モードフォノン－フォトン結合共振器の開発
| 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 |
佐々木 遼 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 / 光変調器 / 表面弾性波 / オプトメカニクス / 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 Annual Research Achievements |
最終年度は、圧電薄膜を用いたでの微小フォノン共振器の開発を行った。
デバイス表面でのフォノンのモード体積を小さくすべく、基板上の圧電薄膜を用いて収束型の表面弾性波共振器を作製した。基板と薄膜の速度差によりフォノンを薄膜内に閉じ込めることができ，基板の深さ方向へのモードの広がりを抑えることができる．昨年度は圧電基板上で作製していた収束型の表面弾性波共振器を今年度は薄膜上に作製した．研究開始時には測定される複数の共振ピークと共振モードとの対応が不明瞭であったが，共振器のデザインを工夫することで不要なモードとの結合を排除し，狙ったモードとのみ結合できる共振器構造を明らかにした．観測された共振ピークの振る舞いは光共振器の収束型のガウシアンモードを元にした理論とよく一致した．モードの同定のため光学イメージング系を構築し，共振モードを空間分解して測定すると確かに理論と一致する結果であることがわかった．
また並行してフォノンのリング共振器を含むフォノニック回路の開発を行った．圧電薄膜表面を導波路型に加工することでフォノンを内部に閉じ込めることができ，光集積回路と同様の機能を実現することができる．昨年度までは導波路側壁の荒さが大きく損失の原因となっていた．本年度はその改善に取り組み，加工条件と後処理の見直しを行い，これまでよりも滑らかな導波路を作製する条件を明らかにした．実際に導波路の伝搬損失を測定し，大幅な改善が得られた．
研究期間全体を通して，開始時点では明らかでなかった，フォノン共振器の設計方針と作製方法を明らかにし，微小モード体積を持つフォノン共振器の開発が可能になった．また光共振器についてもこの研究期間中に圧電薄膜に作製し，共振モードの観測に成功した．今後はこれらの構造を合わせることで高効率な量子変換器の開発を行う予定である．
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Report
(2 results)
Research Products
(5 results)
