2018 Fiscal Year Research-status Report
量子状態の高速高精度制御に向けた量子加速理論とその応用
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18K03486
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| Research Institution | Tokyo Medical and Dental University |
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Principal Investigator |
増田 俊平 東京医科歯科大学, 教養部, 特任助教 (90546897)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 高速高精度量子制御 / 超伝導デバイス / マイクロ波光子 / Fast-forward theory |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は量子状態の制御の高速化を可能にする事を目的とし、実装可能な応用を提案してゆく。近年超伝導デバイスは量子コンピュータへの応用の観点から盛んに研究されている。量子計算を行うためには外系との相互作用によるデコヒーレンスの影響を低減するために短い時間で正確に状態を制御する事が求められる。我々は二つの共振器で構成された超伝導デバイスのマイクロ波光子を高速で制御する方法を提案した。研究結果はScientific Reportsvolume 8, Article number: 6325 (2018) に発表された。マイクロ波は超伝導デバイスにおいてエネルギーや情報を運ぶ重要な役割を担っている。我々はマイクロ波を正しい方向に流すための役割をするサーキュレータをオンチップで実現する方法を提案した。結果はPhys. Rev. A 99, 013816 (2019)において発表された。CPW共振器は超伝導デバイスを構成する重要な要素であるが、電磁場の真空揺らぎがCPW共振器のLamb shiftと呼ばれる周波数シフトを引き起こすことが知られている。量子コンピュータへの応用には正確な制御が要請されるため、Lamb shiftを正確に測定し理解することが重要である。我々は外部電圧でCPW共振器と外部電子系との結合強度を広い範囲で制御しCPW共振器のLamb shiftを直接測定することに成功した。結果はNature Physics (2019) https://doi.org/10.1038/s41567-019-0449-0において発表されている。
超伝導デバイス上でマイクロ波パルスを高速かつ正確に発生させる単一光子源を提案した。我々が開発したFast-forward scaling protocolを使うことで高い光子生成効率が実現できることを理論的に提案した。結果は16pK201-13、2019 年日本物理学会年次大会にて発表された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
上記に記したように、超伝導デバイスの制御を目的とした研究について予想したとおりの成果が得られている。とくにマイクロ波光子の制御に関しては順調に進展がみられ、関連した論文を発表することができた。一方、多体系の制御、準位間の遷移の高速制御にに関しては今後進展させていく要諦である。現在、超伝導デバイスの準位間遷移を高速で行うための手法を開発しており予備的な結果が得られている。
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| Strategy for Future Research Activity |
上記のように現在超伝導デバイスの準位間遷移を高速で行うための手法を開発しており予備的な結果が得られている。今後理論をさらに発展させ実験で実現しやすい形を模索する。またマイクロ波パルスを高速かつ正確に発生させる単一光子源の研究をさらに発展させ任意の波形のパルスを作れるように理論の改良を行う。
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