2020 Fiscal Year Research-status Report
Application of variable boundary condition in waveguide quantum electrodynamics
| Project/Area Number |
19K03684
|
|---|
| Research Institution | Tokyo Medical and Dental University |
|---|
Principal Investigator |
越野 和樹 東京医科歯科大学, 教養部, 准教授 (90332311)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
|
| Keywords | 導波路QED / 超伝導量子計算 / 量子光学 / 量子制御 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
超伝導量子ビットには，制御パルス照射用の導波路を結合させる必要があるが，結合を強くすると導波路への輻射崩壊のため量子ビット寿命が短くなる，結合を弱くすると量子ビットの操作時間（ゲート時間）が長くなる，というトレードオフ関係がある．昨年度の研究で，導波路ＱＥＤ系に特徴的な反超放射効果によりこのトレードオフを解消する「ジョセフソン量子フィルタ」を提案した．そこでは量子ビットを理想的な二準位系として扱ったが，超伝導量子計算で標準的に用いられるトランズモン量子ビットは，非調和性の比較的小さな非調和振動子であり，第二励起状態などより高いエネルギー準位の存在が無視できない．そこで本年度は，量子ビットおよびジョセフソン量子フィルタを非調和振動子として扱い，高エネルギー準位の影響を理論解析した．その結果，高エネルギー準位は(i)量子ビットの共鳴周波数にシフトをもたらす，(ii)ジョセフソン量子フィルタの吸収飽和をおこりにくくする，という負の効果を持つが，理想的な二準位系である場合からの忠実度低下は一万分の一のオーダーであり，量子ビットがトランズモンである場合にもジョセフソン量子フィルタが有効にはたらくことが明らかとなった．
また，２つのトランズモン量子ビットを用いてジョセフソン量子フィルタの原理検証実験を行った．この実験において，制御の対象とするデータ量子ビットと導波路との結合は123キロヘルツ，ジョセフソン量子フィルタと導波路との結合は112メガヘルツであり，また後者にSQUIDを組み込んで共鳴周波数のその場制御を可能としておく．ジョセフソン量子フィルタをデータ量子ビットに共鳴させたときに，データ量子ビットの寿命が1マイクロ秒から6マイクロ秒へと延びる一方，ゲート時間に相当するラビ振動周期は不変であることを確認し，トレードオフの解消を実証した．
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
前年度に提案したジョセフソン量子フィルタが，超伝導量子計算で標準的に用いられるトランズモンでも動作することを理論的に確認し，また原理実証実験に成功した．このように，導波路QED効果の量子情報処理への応用を目指す，本申請課題の趣旨に沿った成果を生み出すことができたため．
|
| Strategy for Future Research Activity |
超伝導回路QEDでは導波路端の境界条件をその場制御できるため，共振器や量子ビットと導波路との結合を遠隔操作することが可能になる．これを応用した量子デバイスを理論検討する．また超伝導量子ビットには制御ラインと読み出しラインという2種類の導波路が接続されていることが常である．これを一本化する可能性についても吟味する．
|
| Causes of Carryover |
理由：新型コロナウイルスパンデミックの影響により，年度末に予定していた海外出張が中止となり，旅費および研究会参加費の支出が想定よりも少なく済んだため．
使用計画：本年度の旅費および研究会参加費として使用する．
|
