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単一NV中心における多量子ビット化へ向けた研究

Publicly Offered Research

Project AreaQuantum cybernetics - interdisciplinary studies of quantum controls and developments toward quantum computing
Project/Area Number 22102502
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Science and Engineering
Research InstitutionOsaka University

Principal Investigator

水落 憲和  大阪大学, 大学院・基礎工学研究科, 准教授 (00323311)

Project Period (FY) 2010 – 2011
Project Status Completed (Fiscal Year 2011)
Budget Amount *help
¥11,700,000 (Direct Cost: ¥9,000,000、Indirect Cost: ¥2,700,000)
Fiscal Year 2011: ¥5,850,000 (Direct Cost: ¥4,500,000、Indirect Cost: ¥1,350,000)
Fiscal Year 2010: ¥5,850,000 (Direct Cost: ¥4,500,000、Indirect Cost: ¥1,350,000)
Keywords量子暗号通信 / 量子コンピューティング / スピントロニクス / 量子情報
Research Abstract

ダイヤモンド中の窒素-空孔複合体(NV)中心が持つスピンの特徴は、固体中のスピンにも関わらず優れたスピンコヒーレンス特性を持ち、光により検出・操作することが可能な点である。水落らは特に^<13>Cの核スピンに注目し、複数量子ビット系の実現と優れた量子ビット操作性を示してきた。本研究ではこれまでの研究を発展させ、NV中心による量子レジスタ内の多量子ビット化を目指し、更に量子レジスタの量子ビット間の結合にも発展する仕組み作りを目指した。
量子レジスタ内での多量子ビット化ではNV中心の電子スピンと結合した核スピンによる4量子ビット以上のNV中心を探索し、量子もつれ生成の実証を目指した。成果としては4量子ビットでの量子もつれ生成に成功した。成果は学会発表を行った。集積化等の優位性から固体系における量子情報素子の研究が活発になされているが、固体系で量子もつれ生成が報告されているのは3量子ビットまでであり、4量子ビットでしかも室温で実現した点は非常に意義深いと言える。
他材料との量子ビット間の結合の仕組みつくりに関してはNV中心のスピンと超伝導量子ビットとの結合に成功した。本成果はNTT超伝導量子ビットグループ、NIIとの共同研究成果で、超伝導素子による測定はNTTが行った。阪大グループは試料作製とスピン特性の評価、及び超伝導量子ビットとのスピンの結合に関する議論を行った。成果はNature誌に掲載された。超伝導量子ビットは集積化に優位性を有するが、メモリー時間の短さに大きな課題があった。超伝導量子ビットと長いメモリー時間を有するNV中心のスピンを結合させた複合系の原理実験の成功は、その課題を克服し、集積化へ道を拓く点で非常に意義深いと言える。

Report

(2 results)
  • 2011 Annual Research Report
  • 2010 Annual Research Report
  • Research Products

    (20 results)

All 2012 2011 2010

All Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 3 results) Presentation (14 results) Patent(Industrial Property Rights) (1 results)

  • [Journal Article] Electrically driven single photon source at room temperature in diamond2012

    • Author(s)
      N.Mizuochi, J.Wrachtrup, S.Yamasaki, et.al.
    • Journal Title

      Nature Photonics

      Volume: (accepted)

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    • Author(s)
      Xiaobo Zhu, Shiro Saito, Alexander Kemp, Kosuke Kakuyanagi, Shin-ichi Karimoto, Hayato Nakano, William J.Munro, Tasuhiro Tokura, Mark S.Everitt, Kae Nemoto, Makoto Kasu, Norikazu Mizuochi, Kouichi Semba
    • Journal Title

      Nature

      Volume: 478(7368) Issue: 7368 Pages: 221-224

    • DOI

      10.1038/nature10462

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    • Author(s)
      水落憲和
    • Journal Title

      ニューダイヤモンドフォーラム

      Volume: vol.27, No.4 Pages: 2-6

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    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 2050年のダイヤモンド将来展望2011

    • Author(s)
      水落憲和, 他10名
    • Journal Title

      ニューダイヤモンド

      Volume: 100 Pages: 52-65

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    • Author(s)
      水落憲和
    • Journal Title

      電子スピンサイエンス

      Volume: 8 Pages: 30-35

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      第59回応用物理学関係連合講演会
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      早稲田大学(東京)
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      2012-03-16
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      N.Mizuochi
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      International Workshop for Group-IV Spintronics
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      大阪大学(大阪)(招待講演)
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      2012-01-20
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      N.Mizuochi
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    • Place of Presentation
      Moscone Center San Francisco, (USA)(招待講演)
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      2012-01-04
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      ダイヤモンドシンポジウム
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      産業技術総合研究所(茨城〕
    • Year and Date
      2011-12-08
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      日本磁気学会181回研究会
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      中央大学(東京)(招待講演)
    • Year and Date
      2011-12-07
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      水落憲和, 他
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      第50回電子スピンサイエンス学会年会SEST2011
    • Place of Presentation
      仙台国際センター(宮城)
    • Year and Date
      2011-11-17
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      水落憲和
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      学振147委員会、第113回研究会、カーボン系材料の新しい展開
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      東京弘済会館(東京)(招待講演)
    • Year and Date
      2011-11-04
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      水落憲和
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      日本物理学会2011年秋季大会
    • Place of Presentation
      富山大学(富山)(招待講演)
    • Year and Date
      2011-09-21
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  • [Presentation] ダイヤモンドNV中心と量子情報2011

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      水落憲和
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      ニューダイヤモンドフォーラム平成23年度第1回研究会
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      東京弘済会館(東京)(招待講演)
    • Year and Date
      2011-06-23
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      水落憲和, 他6名
    • Organizer
      日本物理学会第66回年次大会
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    • Year and Date
      2011-03-25
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      力武克彰, 水落憲和, 小坂英男
    • Organizer
      日本物理学会第66回年次大会
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      新潟
    • Year and Date
      2011-03-25
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  • [Presentation] ダイヤモンド中の単一NV中心の高機能化・高特性化2010

    • Author(s)
      水落憲和
    • Organizer
      応用物理学会学術講演会
    • Place of Presentation
      長崎(招待講演)
    • Year and Date
      2010-09-15
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  • [Presentation] ダイヤモンドスピントロニクス2010

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      水落憲和
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      国際高等研究所「ナノ物質量子相の科学」10年度第2回研究会
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      京都(招待講演)
    • Year and Date
      2010-09-10
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  • [Patent(Industrial Property Rights)] 単一光子出力装置、単一光子出力方法、及び単一光子出力装置に用いる半導体の製造方法2011

    • Inventor(s)
      水落憲和、山崎聡、牧野俊晴、加藤宙光、竹内大輔、小倉政彦
    • Industrial Property Rights Holder
      大阪大学
    • Industrial Property Number
      2011-167423
    • Filing Date
      2011-07-29
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Published: 2010-08-23   Modified: 2018-03-28  

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