2018 Fiscal Year Annual Research Report
Single electron manipulation on liquid He surface and its application for quantum information processing
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17H01145
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| Research Institution | Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University |
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Principal Investigator |
河野 公俊 沖縄科学技術大学院大学, 量子ダイナミクスユニット, 客員研究員 (30153480)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
コンスタンチノフ デニス 沖縄科学技術大学院大学, 量子ダイナミクスユニット, 准教授 (50462685)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | ヘリウム液面電子 / ヘリウムマイクロチャネル / 少数電子 / ウィグナー結晶 / スリップ伝導 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
これまで、毛細管凝縮現象を利用して、超流動ヘリウムのマイクロチャネルを形成し、その表面に電子を捕獲する技術を開発し、ポイントコンタクトの帯電効果、2次元ウィグナー結晶の境界整合性に依存した伝導現象、擬1次元電子系の固化、整数電子列の逐次形成、ウィグナー結晶のスティック・スリップ伝導現象など、新奇な現象を発見し、その発現機構を解明してきた。本研究計画では、この過程において培った、ヘリウム表面上で少数個の電子を操る技術を、即ち1列に整列した電子列を作成する技術を活かして、究極の電子操作である、単一電子の捕獲と移送を自由に行う技術を実現し、量子ビットの構成に挑戦することを目的とする。
今年度は、マイクロチャネルに捕獲した電子と、超伝導伝送路共鳴器を結合させて量子状態を検出するために必要な新しいデバイスの開発を中心に実験を行った。これまでの試行により、素子作成に必要な工程を整理することができたが、共鳴器の品質を最終的な素子作成で必要とされるレベルまで向上させるためにさらなる開発が必要であることが明らかになった。
マイクロチャネル上のウィグナー結晶の特異な非線形伝導現象のメカニズムについてその機構を解明すべく、解析と考察を重ねた。ウィグナー結晶の運動はヘリウム液面の凹みを伴う。そのため、ヘリウム表面波の位相速度に近づくと大きな抵抗を受けるが、さらに強い電場を加えることで、液面の凹みを後に残して、ウィグナー結晶のみ加速されるスリップ現象が観測されるが、そのメカニズムとスリップ後の運動について引き続き解析を行っている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
新規採用した研究員がマイクロチャネル素子の試作に鋭意取り組んだが、実際に良好な動作をする素子を完成させるまでに至らなかった。引き続き、再現性向上に向けて努力する必要がある。なお、当該研究員の転出が決まったため、研究体制の再構築が必要である。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでに試行を行ってきた超伝導共鳴器を用いた素子の作成について地道に開発を続ける。研究員の転出により、マイクロチャネル素子の作成には遅れが生じることが予想される。それを補うために、共同研究により、単一電子操作とその量子情報処理への応用に関する素子作成および理論的な考察をすすめるなど、新しい取り組みを行う。
マイクロチャネル上のウィグナー結晶の特異な非線形伝導現象の実験結果の解析が進んでおり、近い将来に発表する予定である。
ヘリウム表面に電子を供給するタングステンフィラメントの超流動ヘリウム中における特異な伝導現象を偶然に発見した。大きなヒステリシスを示す不連続な伝導度変化は超流動ヘリウムの量子乱流などの基本的な性質を研究する手段となり得る。この現象について系統的な実験を従来の量子ビット制作と並行して行う。
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