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2012 Fiscal Year Annual Research Report

Quantum information processing using an ion trap system

Planned Research

Project AreaQuantum cybernetics - interdisciplinary studies of quantum controls and developments toward quantum computing
Project/Area Number 21102006
Research InstitutionOsaka University

Principal Investigator

占部 伸二  大阪大学, 基礎工学研究科, 教授 (20304040)

Project Period (FY) 2009-04-01 – 2014-03-31
Keywordsイオントラップ / 量子情報 / 量子エレクトロニクス / レーザー冷却
Outline of Annual Research Achievements

本研究では、プレーナートラップの開発とロバストな量子ゲートの研究を中心に実施している。プレーナートラップの開発では、イオンの生成領域と実験・観測領域との間の輸送の高速化に成功した。また新たな量子ゲートとして不均一磁場を用いる方法の検討を行った。トラップ実験領域で100T/m以上の高磁場勾配を得るために、プレーナートラップ電極と複数の微小永久磁石を組み合わせる方法を考案し、微小永久磁石の最適な配置をシミュレーションによって決定した。さらにこれらの磁石をプレーナートラップに組み込むための電極の設計と実装を行った。トラップと光ナノファイバーとの結合については、問題となると予想されるファイバーの帯電状況を調べるために予備実験を行った。従来型リニアトラップに粒径の揃った微粒子を捕獲し、微粒子を光ナノファイバーに接近させることによってファイバーの帯電の状況が観測できることを示した。さらに粒子の位置測定の精度向上などによって、より正確な帯電量の計測ができると考えられる。
ロバストなエンタングルメント生成方法の提案、実演の成果として、サイドバンド遷移を用いた多準位STIRAP(誘導ラマン断熱通過)により、4イオンのディッケ状態の生成に成功した。具体的には、イオンのレッドサイドバンドおよびブルーサイドバンドに共鳴した二色光を用い、それらの二色光の強度を独立に変調することにより、ディッケ状態の生成を行った。この方法は個々のイオンへのアクセスを必要とせず、また強度変調の詳細によらないというロバスト性も備える。ウィットネス演算子により生成された状態の評価を行い、4粒子のエンタングルメントが確かに生成されていることを確認した。また、大域的な測定の結果のみからディッケ状態のフィデリティの上限および下限を定める不等式を導出し、生成されたフィデリティは0.84以上0.88以下であることを確かめた。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

高速断熱通過などの断熱過程を用いたロバストな量子ゲートの研究については、今年度、独自に振動準位を仲介にした誘導ラマン断熱通過を用いる手法を考案し、これまでイオントラップでは実現されていない4個のイオンの半数励起のDicke状態を発生することに成功した。この方法は多数個のDicke状態の生成にも拡張可能であると期待される。これにより当初の目標は十分に達成されつつあると考えられる。一方、プレーナートラップの開発については、イオントラップ系を構成し、トラップ間のイオンの輸送の高速化に成功している。今年度、プレーナートラップの開放型である特徴を生かし、小型の磁石を用いてトラップ近傍で大きな磁場勾配を発生させる方法を新たに考案した。これを用いたイオン間の相互作用の発生の実験を開始しており、現在、捕獲実験を継続中である。

Strategy for Future Research Activity

断熱過程を用いたロバストなゲート開発については、制御レーザーの線幅などの特性をさらに改善し、コヒーレンス時間を向上させることにより、25年度に成功した誘導ラマン断熱通過を用いた方法により、6個以上の多数個の量子もつれ状態の発生を目指す。プレーナートラップの開発については、高磁場勾配下でのイオンの捕獲を行うとともに、量子ゲート構成に必要なイオンのスピン間の相互作用発生とその計測を行い、この方式の検証を行う。

  • Research Products

    (12 results)

All 2013 2012

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results) Presentation (10 results)

  • [Journal Article] Micromotion compensation in a surface electrode trap by parametric excitation of trapped ions2012

    • Author(s)
      U.Tanaka, M.Masuda, Y.Akimoto, K.Koda, Y.Ibaraki, S.Urabe
    • Journal Title

      Applied Physics B

      Volume: 107 Pages: 907-912

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Generation of Dicke States with Phonon-Mediated Stimulated Raman Adiabatic Passage2012

    • Author(s)
      Atsushi Noguchi, Kenji Toyoda, Shinji Urabe
    • Journal Title

      Physical Review Letters

      Volume: 109 Pages: 260502-1-5

    • DOI

      10.1103/PhysRevLett.109.260502

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 多準位誘導ラマン断熱通過法による4原子ディッケ状態の生成2013

    • Author(s)
      野口篤史、豊田健二、占部伸二
    • Organizer
      日本物理学会 第68回年次大会
    • Place of Presentation
      広島大学
    • Year and Date
      2013-03-26
  • [Presentation] 40Ca+ を用いたJaynes-Cummings-Hubbardモデルの量子シミュレーションⅡ2013

    • Author(s)
      松野 悠大、野口 篤史、豊田 健二、占部 伸二
    • Organizer
      日本物理学会 第68回年次大会
    • Place of Presentation
      広島大学
    • Year and Date
      2013-03-26
  • [Presentation] 量子論理分光法に向けた40Ca+-115In+の共同冷却2013

    • Author(s)
      北中智大,畔上昇馬,神田昂宗,田中歌子,早坂和弘,占部伸二
    • Organizer
      日本物理学会 第68回年次大会
    • Place of Presentation
      広島大学
    • Year and Date
      2013-03-26
  • [Presentation] 不均一磁場を用いた量子シミュレーションのためプレーナーイオントラップの開発2013

    • Author(s)
      岡田壮平, 野口篤史, 松井健太, 田中歌子, 都倉 康弘, 占部伸二
    • Organizer
      日本物理学会 第68回年次大会
    • Place of Presentation
      広島大学
    • Year and Date
      2013-03-26
  • [Presentation] 2次元配列を目指したプレーナートラップの開発とマイクロ運動の補正2013

    • Author(s)
      鈴木健高、茨木友希、田中歌子、占部伸二
    • Organizer
      日本物理学会 第68回年次大会
    • Place of Presentation
      広島大学
    • Year and Date
      2013-03-26
  • [Presentation] Sympathetic Cooling of 40Ca+-115In+ toward Quantum Logic Spectroscopy2013

    • Author(s)
      T. Kitanaka, S. Azegami, T. Kanda, U. Tanaka, K. Hayasaka, and S. Urabe
    • Organizer
      NICT Workshop on the Optical Frequency Standards
    • Place of Presentation
      NICT, Tokyo Japan.
    • Year and Date
      2013-02-07
  • [Presentation] THz 周波数差位相同期光源の開発とCa イオン準安定D 状態間量子ビット制御2012

    • Author(s)
      谷原一矢、藤原崇充、豊田健二、占部伸二
    • Organizer
      日本物理学会2012年秋季大会
    • Place of Presentation
      横浜国立大学
    • Year and Date
      2012-09-20
  • [Presentation] イオンを用いた3粒子のDicke状態の生成2012

    • Author(s)
      浅間一貴、大野貴生、野口篤史、豊田健二、占部伸二
    • Organizer
      日本物理学会2012年秋季大会
    • Place of Presentation
      横浜国立大学
    • Year and Date
      2012-09-20
  • [Presentation] Generation of a decoherence-free entangled state using a radio-frequency dressed state2012

    • Author(s)
      Atsushi Noguchi, Shinsuke Haze, Kenji Toyoda, and Shinji Urabe
    • Organizer
      The 23rd International Conference on Atomic Physics ICAP 2012
    • Place of Presentation
      The Ecole polytechnique,Palaiseau-France
    • Year and Date
      2012-07-23 – 2012-07-27
  • [Presentation] Observation of phonon hopping in radial vibrational modes of trapped ions2012

    • Author(s)
      Shinsuke Haze, Atsushi Noguchi, Kenji Toyoda, and Shinji Urabe
    • Organizer
      The 23rd International Conference on Atomic Physics ICAP 2012
    • Place of Presentation
      The Ecole polytechnique,Palaiseau-France
    • Year and Date
      2012-07-23 – 2012-07-27

URL: 

Published: 2018-02-02  

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