| Project/Area Number |
22K21294
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
1001:Information science, computer engineering, and related fields
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (2023)
Institute of Physical and Chemical Research (2022) |
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Principal Investigator |
Tomonaga Akiyoshi 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 量子・AI融合技術ビジネス開発グローバル研究センター, 研究員 (50966520)
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| Project Period (FY) |
2022-08-31 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
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| Keywords | 量子力学 / 量子コンピュータ / 超伝導量子回路 / マイクロ波量子光学 / 量子光学 / 量子ビット / 量子情報 / 超伝導 / 回路量子電磁力学 / 超強結合 |
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| Outline of Research at the Start |
超伝導量子回路では、その設計自由度の高さから比較的自由にエネルギー構造を設計可能な人工的な原子を作り出すことができる。この特性を生かして作られているのが超伝導量子コンピュータであるが、本研究ではこの自由度を生かし、通常の環境下では起こりえない、原子と電場が非常に強く結合した状態（超強結合）を作り出し、その効果の一つとしての、熱平衡下における真空放射を観測することを目的としている。真空に存在する疑似光子を実光子として取り出すという、量子力学的に重要な放射現象を観測するとともに、超強結合系を量子情報への応用の道につなげていきたいと考えている。
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| Outline of Final Research Achievements |
We realized a three-level artificial atom-resonator interaction in ultrastrong coupling regime. The three-level artificial atom composed of capacitively shunted flux qubit which fabricated with superconducting thin film. By analyzing the spectrum using a circuit model Hamiltonian, we confirmed that both elements are indeed interacting in the ultrastrong coupling regime. Additionally, simulations using this model demonstrated that the coupling between each level of the three-level atom can be modified by changing the bias. We also constructed a system in which two qubits are ultrastrongly coupled to the resonator, and obtained the first experimental evidence of two atoms being simultaneously excited by a single photon in this system.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
超強結合系は、自然原子を用いて実現するのは非常に難しく超伝導回路による人工原子の双極子モーメントの大きさや回路故の電場密度の高さが可能にする量子電磁力学の新たなプラットフォームである。近年実験的に達成できる気運が高まっていることで様々な理論提案がされているが、実験的にそれらを確かめた例は数少なく、新しい研究分野と言える。今回超強結合が可能にする新しい物理現象の観測に取り組んだことにより、回路によってどの程度実現できるか、理論的に理想的なモデルと実験系がどの程度離れているかなど重要な知見を得たことでこの分野でさらに議論が活発化する足掛かりを作ったといえる。
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