縮退イッテルビウム原子集団を用いたクラスター量子計算の実現

• Project Area: Quantum cybernetics - interdisciplinary studies of quantum controls and developments toward quantum computing
• Project/Area Number: 22102503
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 上妻 幹旺 Tokyo Institute of Technology, 理工学研究科, 准教授 (10302837)
• Project Period (FY): 2010 – 2011
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2011)
• Budget Amount: ¥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: イッテルビウム / Cavity QED / クラスター量子計算 / 核スピン / レーザー冷却 / 量子情報処理

Research Abstract

本研究は、Yb原子がもつ核スピンを利用したクラスター量子計算を実現することを目的としている。具体的には、ソリッドイマージョンレンズの近傍に2次元光ポテンシャルを形成し、量子ビットとなる冷却されたYb原子を規則正しく配列する。我々は、ソリッドイマージョンレンズを真空ガラスセル内に固定した形で、10^<-11>Torr台の超高真空状態を実現することに成功した。次に我々は、Ybの磁気光学トラップを行い、冷却された原子集団を532nmのレーザーを用いてトラップした。レーザーのウェストポイントを空気式移動台を用いて移動させることにより、磁気光学トラップを作成する真空チャンバーから、先程説明したガラスセルチャンバーへと原子を移動させた。移動距離は400mmである。ガラスセル中に固定されたソリッドイマージョンレンズの直下まで運ばれたYb原子集団の光トラップ寿命を測定したところ、84秒を得ることが出来た。この値は、^<174>Ybによるボース凝縮、および^<171>Ybのフェルミ縮退を蒸発冷却を用いて実現する上で十分な真空度といえる。また単一のYb原子を用いた実験を別途行い、微小共振器と1.5um帯のレーザーを用いたシュタルクシフトを利用することで、核スピン情報を実時間で読み取る新しい技術を確立することにも成功した。

Research Products

• [Journal Article] Projective Measurement of a Single Nuclear Spin Qubit by Using Two-Mode Cavity QED (2011)
  • Author(s): Y.Eto, A.Noguchi, P.Zhang, M.Ueda, M.Kozuma
  • Journal Title: Physical Review letters Volume: 106 Pages: 160501-160501
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Faraday rotation with a single-nuclear spin qubit in a high-finesse optical cavity (2010)
  • Author(s): N.Takei, M.Takeuchi, Y.Eto, A.Noguchi, P.Zhang, M.Ueda, M.Kozuma
  • Journal Title: Physical Review A Volume: 81 Pages: 42331-42331
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Single-nuclear-spin cavity QED (2010)
  • Author(s): M.Takeuchi, N.Takei, K.Doi, P.Zhang, M.Ueda, M.Kozuma
  • Journal Title: Physical Review A Volume: 81 Pages: 62308-62308
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Quantum State Engineering using Single Nuclear Spin Qubit of Optically Manipulated Ytterbium Atom (2011)
  • Author(s): M.Kozuma
  • Organizer: ERATO Macroscopic Quantum Control Conference on Ultra cold Atoms and Molecules
  • Place of Presentation: Tokyo
  • Year and Date: 2011-01-24
• [Presentation] Quantum information processing with single 1/2 nuclear spin of Yb atom in a high-finesse optical cavity (2010)
  • Author(s): M.Kozuma
  • Organizer: 2010 International Symposium on Physics of Quantum Technology
  • Place of Presentation: Tokyo
  • Year and Date: 2010-04-08
• [Remarks]
  • URL: http://www.phys.titech.ac.jp/laboratory/kozuma.html
• [Remarks]
  • URL: http://www.kozuma.phys.titech.ac.jp/