2007 Fiscal Year Annual Research Report
強磁性体ジョセフソン接合を用いた量子コンピュータの理論
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19710085
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
川畑 史郎 National Institute of Advanced Industrial Science and Technology, 産業技術総合研究所, 主任研究員 (30356852)
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| Keywords | 量子コンピュータ / スピントロニクス / 強磁性絶縁体 / ジョセフソン接合 / メゾスコピック系 / 巨視的量子トンネル効果 / 量子情報 / グリーン関数法 |
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| Research Abstract |
本研究においては,強磁性絶縁体を用いたジョセフソン接合の量子ダイナミクスの解析を行い,その基礎的物性の理論的予測及び評価行う。そして,強磁性絶縁体ジョセフソン接合を利用した超伝導量子ビットの理論提案を行う。今年度は,ジョセフソン電流の符号が反転するπ接合が出現する条件を量子散乱理論に基づいて明らかにした。また,単一のπ接合から構成されるπ接合位相量子ビットのアーキテクチャ提案を行った。そして,提案したπ接合位相量子ビットの読み出し過程におけるデコヒーレンス解析を行い,従来の0接合の場合に比べて準粒子散逸の影響が著しく小さくなることを示した。これにより高い精度で量子ビットの読み出しが可能となることがわかった。
また,強磁性絶縁体のエネルギーバンド構造を考慮にいれたジョセフソン電流の数値計算プログラムを作成し,大規模数値シミュレーションを行った。そしてLSCOなどの(アップスピンバンドとダウンスピンバンドがフェルミ面を境に完全分離した)完全偏極強磁性体を用いたジョセフソン接合の場合,π接合が出現することを理論的に明らかにした。また,膜厚を増やしていくとπ接合から0接合へ転移することも明らかにした。この結果を基に,電流をバイアスした強磁性絶縁体π接合における巨視的量子トンネル現象の解析を行った。そしてトンネル確率は準粒子散逸によってほとんど減少しないことを明らかにした。これにより強磁性絶縁体π接合は量子コンピュータとして非常に高いポテンシャルを有することが明らかとなった。
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