2022 Fiscal Year Final Research Report
Quantum Coherence in Topological Edge States
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19H00652
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Medium-sized Section 13:Condensed matter physics and related fields
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
遠藤 彰 東京大学, 物性研究所, 助教 (20260515)
中村 壮智 福岡工業大学, 工学部, 准教授 (50636503)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | トポロジカル端状態 / スピン量子ビット / 量子ホール強磁性体 / 量子スピントロニクス / 量子コヒーレンス |
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| Outline of Final Research Achievements |
We have developed topological edge-state quantum spintronics using high quantum coherence, spin controllability, and detectability in quantum Hall ferromagnets, in which the electron spins are polarized due to the correlation effects. Spin-polarized edge-state electrons are treated as "flying qubits," and it is shown that the spin state can be initialized and then the zenith and azimuth angles in the Bloch sphere can be controlled, i.e., unitary transformations can be performed freely by controlling the orbital geometry. By constructing a Mach-Zehnder interferometer with this technique, we have achieved extremely long coherence lengths approaching the order of millimeters by keeping the interference paths close together and using only one edge to cancel out the effect of electromagnetic noise.
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| Free Research Field |
量子物性物理学，低温物理学，スピントロニクス
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
量子コンピュータ実現技術において，固体量子ビットの優位性は，集積可能性，サイズの縮小可能性にある．単一電子の電子スピンは最も小さい量子ビットを構成できる可能性を持っている．本研究では，トポロジカル端状態を伝播する電子のスピンが，経路の空間形状制御によってユニタリー変換可能なこと，極めて長い距離にわたって量子コヒーレンスを保ち得ることを示し，「飛行量子ビット」としての応用に極めて有望であることを示すことができた．学術的には，量子デコヒーレンスを生じる理由が，重ね合わせ状態のそれぞれに異なる擾乱が加わるためであることを立証できた点が重要な成果と考える．
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