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超伝導量子回路上のマイクロ波量子光学とその応用

Research Project

Project/Area Number 26247067
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (A)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Research Field Atomic/Molecular/Quantum electronics
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

中村 泰信  東京大学, 先端科学技術研究センター, 教授 (90524083)

Project Period (FY) 2014-04-01 – 2015-03-31
Project Status Discontinued (Fiscal Year 2014)
Budget Amount *help
¥17,810,000 (Direct Cost: ¥13,700,000、Indirect Cost: ¥4,110,000)
Fiscal Year 2014: ¥17,810,000 (Direct Cost: ¥13,700,000、Indirect Cost: ¥4,110,000)
Keywords超伝導 / 量子ビット / 量子光学 / マイクロ波 / 量子情報
Outline of Annual Research Achievements

超伝導回路を用いたマイクロ波量子光学の新しい学理の追究と、技術の開発・応用を目指した研究を行った。原子と光子を用いて研究されてきた従来の量子光学にたいして、超伝導回路を用いた人工量子系における量子光学は、その巨視性ゆえパラメータの設計に大きな自由度を持ち、様々な質的に新しい物理現象や技術をもたらし、人工原子としての量子ビットとマイクロ波光子の巨大な相互作用に起因する新たな効果を実証・解明するとともに、それを利用した量子ビットの制御や読み出し技術を開発し、高精度の量子状態制御を可能にする。研究の主な成果を以下に記す。
①超伝導回路上のマイクロ波量子光学の非線形領域における振る舞いを、超伝導マイクロ波空洞共振器中に置かれた超伝導量子ビットの応答スペクトルを通して調べた。共振器と量子ビットの強い相互作用により、量子ビットの励起スペクトルが共振器中に存在するマイクロ波光子数に応じて離散的なacシュタルクシフトを起こすことは以前から知られているが、それに加えて新たな微細スペクトル分裂を観測した。理論的考察の結果、駆動された量子系におけるドレスト状態の間に起こる遷移に起因するものであり、フランク=コンドン効果との類比が成り立つことを明らかにした。
②超伝導マイクロ波空洞共振器中に置かれた超伝導量子ビットの離散的acシュタルクシフトを利用して、駆動された共振器中の非平衡定常状態におけるマイクロ波光子数分布を測定する手法を開発した。コヒーレント状態、熱分布状態、ジョセフソンパラメトリック増幅器で生成したスクイーズド真空状態を共振器に入力し、その光子数分布の違いを直接的に観測することに成功した。
③ジョセフソンパラメトリック発振器を用いた量子ビット読み出し技術を提案・実証し、高速かつ高精度の非破壊読み出しを実現した。この技術は今後、量子フィードバックなどの実現に有用となると期待される。

Research Progress Status

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(1 results)
  • 2014 Annual Research Report
  • Research Products

    (11 results)

All 2014

All Presentation (11 results) (of which Invited: 2 results)

  • [Presentation] 回路QEDにおけるインピーダンス整合Λ系の実現とその応用(実験)2014

    • Author(s)
      猪股邦宏, 越野和樹, 林志栄, 蔡兆申, 中村泰信, 山本剛
    • Organizer
      第31回量子情報技術研究会 (QIT31)
    • Place of Presentation
      東北大,仙台
    • Year and Date
      2014-11-17 – 2014-11-18
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] 超伝導回路を用いたパラメトリック増幅器・発振器とその量子情報処理への応用2014

    • Author(s)
      山本剛,Zhirong Lin,猪股邦宏,越野和樹,中村泰信,蔡兆申
    • Organizer
      第75回応用物理学会秋季学術講演会
    • Place of Presentation
      北海道大,札幌
    • Year and Date
      2014-09-25
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Measurement of photon-number distribution using superconducting qubit2014

    • Author(s)
      S. Kono, Y. Masuyama, Y. Tabuchi, T. Ishikawa, R. Yamazaki, K. Usami, P.-M. Billangeon, and Y. Nakamura
    • Organizer
      Coherent Quantum Dynamics (CQD 2014): Okinawa School in Physics: Coherent Quantum Dynamics
    • Place of Presentation
      Okinawa, Japan
    • Year and Date
      2014-09-16 – 2014-09-25
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] Experimental verification of fluctuation theorem in superconducting qubit2014

    • Author(s)
      Y. Masuyama, S. Kono, Y. Tabuchi, T. Ishikawa, R. Yamazaki, K. Usami, X. Jin, T. Gudmundsen, S. Gustavsson, W. D. Oliver, and Y. Nakamura
    • Organizer
      Coherent Quantum Dynamics (CQD 2014): Okinawa School in Physics: Coherent Quantum Dynamics
    • Place of Presentation
      Okinawa, Japan
    • Year and Date
      2014-09-16 – 2014-09-25
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] インピーダンス整合Λ系を用いたマイクロ波単一光子検出の理論2014

    • Author(s)
      越野和樹,Lin Zhirong,猪股邦宏,中村泰信,山本剛
    • Organizer
      日本物理学会2014年秋季大会
    • Place of Presentation
      中部大学,春日井
    • Year and Date
      2014-09-07 – 2014-09-10
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] マイクロ波単一光子源に向けた超伝導量子回路の評価2014

    • Author(s)
      石川豊史,楠山幸一,猪股邦宏,田渕豊,増山雄太,山崎歴舟,宇佐見康二,中村泰信
    • Organizer
      日本物理学会2014年秋季大会
    • Place of Presentation
      中部大学,春日井
    • Year and Date
      2014-09-07 – 2014-09-10
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] 超伝導量子ビットを用いたマイクロ波光子数分布の測定2014

    • Author(s)
      河野信吾,増山雄太,石川豊史,田渕豊,山崎歴舟,宇佐見康二,中村泰信
    • Organizer
      日本物理学会2014年秋季大会
    • Place of Presentation
      中部大学,春日井
    • Year and Date
      2014-09-07 – 2014-09-10
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] 超伝導量子ビットを用いた量子Jarzynski等式の検証2014

    • Author(s)
      増山雄太, 河野信吾, 田渕豊, 石川豊史,山崎歴舟, Xiaoyue Jin, Ted Gudmundsen, Simon Gustavsson, William D. Oliver, 宇佐見康二, 中村泰信
    • Organizer
      日本物理学会2014年秋季大会
    • Place of Presentation
      中部大学,春日井
    • Year and Date
      2014-09-07 – 2014-09-10
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] Microwave quantum optics using superconducting qubit and semi-infinite waveguide2014

    • Author(s)
      K. Koshino, K. Inomata, T. Yamamoto, and Y. Nakamura
    • Organizer
      International conference on control of self-organizing nonlinear systems (CSONS 2014)
    • Place of Presentation
      Berlin, Germany
    • Year and Date
      2014-08-25 – 2014-08-28
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Deterministic switching of a superconducting qubit induced by individual microwave single photons2014

    • Author(s)
      K. Koshino, K. Inomata, Z. R. Lin, W. D. Oliver, J. S. Tsai, Y. Nakamura, and T. Yamamoto
    • Organizer
      Mini-colloquium on Mesoscopic superconductivity and quantum circuits, Condensed Matter in Paris 2014
    • Place of Presentation
      Paris, France
    • Year and Date
      2014-08-25 – 2014-08-26
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] Measurement of photon-number distribution using superconducting qubit2014

    • Author(s)
      河野信吾,増山雄太,田渕豊,石川豊史,山崎歴舟,宇佐見康二,P.-M. Billangeon,中村泰信
    • Organizer
      基礎物理研究所研究会 若手のための量子情報セミナー
    • Place of Presentation
      京都大学,京都
    • Year and Date
      2014-08-08 – 2014-08-10
    • Related Report
      2014 Annual Research Report

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Published: 2014-04-04   Modified: 2016-06-01  

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