2019 Fiscal Year Annual Research Report
Ultra-sensitive Spin Resonance using Superconducting Quantum Technology
| Project/Area Number |
18H01817
|
|---|
| Research Institution | Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University |
|---|
Principal Investigator |
久保 結丸 沖縄科学技術大学院大学, 量子ダイナミクスユニット, グループリーダー (20701436)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
|
| Keywords | スピン共鳴 / 量子技術 / メーザー |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
電子スピン共鳴（ESR）分光は物性物理や材料科学のみにとどまらず，化学や生物など幅広い分野に応用されている．しかしながら，スピンの偏極率の悪さ，増幅器を含めた測定ラインの雑音が非常に大きいこと，そして共振器との相互作用が小さいこと，の3つの主な原因により，ESRの室温における感度は非常に悪い．これがESR測定においてバルクの試料が必要な理由である．
本研究では，ハイブリッド量子系と超伝導量子回路の技術を駆使し，量子力学的な限界の感度を持ちながらも汎用的な電子スピン共鳴（ESR）分光器を実現する．
超伝導量子テクノロジーの1つである，量子力学的に最小の雑音を持つジョセフソンパラメトリック増幅器を汎用的な共振器と組み合わせることでこれを可能にする．
【研究成果】
前年度で設計・実装したマイクロ波共振器を用いてメーザー（microwave amplification by stimulated emission of radiation，誘導放出によるマイクロ波増幅）増幅器を実現し，その特性や原理などを詳細に調べた．その結果，メーザー増幅器は極めて高い飽和パワーを持ち，なおかつジョセフソンパラメトリック増幅器に匹敵する超低雑音増幅器を実現していることを確認した．
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
昨年度に報告したとおり，いわゆる「メーザー」（誘導放出によるマイクロ波増幅）の原理によるマイクロ波増幅が10 mKの極低温においては量子コンピュータ等のマイクロ波周波数帯の量子テクノロジーに非常に有用であることを明らかにしたため．
|
| Strategy for Future Research Activity |
前年度に研究方針を修正し，スピンメーザー増幅器の量子技術への応用を目指す研究へとシフトした．今後はメーザー増幅器の詳細な特性評価及び高性能化を進める．
|
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
[Presentation] Thermal maser in diamond2019
Author(s)
Petr Moroshkin, Jason ball, Shota Norimoto, Denis Konstantinov, Yuimaru Kubo
Organizer
Impurity Spins for Quantum Information & Technologies 2019
Int'l Joint Research
-
-
-
-
