2021 Fiscal Year Annual Research Report
Hybrid quantum systems with trapped electrons via superconducting circuits
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19H01821
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
野口 篤史 東京大学, 大学院総合文化研究科, 准教授 (60761525)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 電子トラップ / 量子情報 / 量子エレクトロニクス / 超伝導量子回路 / 単一電子検出 / パウルトラップ / ハイブリッド量子系 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
振動電場によって真空中に捕獲された電子を用いることで、長いコヒーレンスと速い制御を両立した量子系を構築することができる。しかし、電子は光によって量子制御することが難しいために、これまで制御された量子系として実現されてこなかった。そこで、本研究では、極低温環境において電子を捕獲し、その量子状態を超伝導マイクロ波回路を用いて観測・制御することを目指して研究をしている。
令和３年度では、極低温下での低エネルギー電子を検出する方法として、超伝導ナノワイヤを用いた単一電子検出器の開発を行った。光電効果により発生した電子を静電レンズで集束し、超伝導ナノワイヤに照射した。この方法により、20 eV程度という低エネルギーの単一電子を検出することに成功し、バイアス電流の変化による量子効率の変化などを評価した。また、極低温での電子トラップのための低エネルギー電子源を開発した。原子の光イオン化閾値ぎりぎりの波長のレーザー光を照射することでmeVオーダーの電子を発生させることに成功した。
さらに電子を捕獲制御するシステムとして、新しく同軸マイクロ波共振器を用いたものを提案し、その閉じ込め深さや必要なマイクロ波強度のシミュレーションを行った。この系は室温でも電子のトラップが可能であり、電子の振動検出に十分なQ値が実現する。
これらのシステムを用いた電子捕獲や電子の冷却方法の提案について、また低エネルギー電子生成の結果について論文としてまとめた。
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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
極低温で電子を捕獲・検出するための周辺技術を着実に開発しており、また電子トラップに関する提案論文についても執筆をしたことから、おおむね順調に進展していると言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
2022年度には、同軸共振器を用いた室温での電子トラップと振動状態読み出し、また超伝導回路を用いた極低温下での電子の捕獲を目指す。
室温トラップでは捕獲電子に磁場を印加することができるため、永久磁石による大きな磁場勾配を印加し、電子のスピン・軌道相互作用を誘起し、スピン状態読み出しを目指す。極低温電子トラップでは、読み出し共振器による輻射冷却により、電子トラップ量子系の最も基本的な構成要素として、ウィグナー結晶化した電子鎖の観測を目指す。
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