2023 Fiscal Year Final Research Report

Development of fundamental tools for electron quantum optics with single flying electrons

Research Project

PDF

Project/Area Number	20H02559
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
Allocation Type	Single-year Grants
Section	一般
Review Section	Basic Section 28020:Nanostructural physics-related
Research Institution	Osaka University (2023) National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (2020-2022)
Principal Investigator	TAKADA Shintaro 大阪大学, 大学院理学研究科, 准教授 (90805144)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	小寺哲夫東京工業大学, 工学院, 准教授 (00466856) 丸山道隆国立研究開発法人産業技術総合研究所, 計量標準総合センター, 研究グループ長 (30415947)
Project Period (FY)	2020-04-01 – 2024-03-31
Keywords	表面弾性波 / 単一電子デバイス / 量子電子光学 / 量子情報処理 / 飛行量子ビット
Outline of Final Research Achievements	This research focuses on the development of fundamental technologies for electron quantum optics experiments using single electrons transported by surface acoustic waves (SAWs). The major achievements include: 1. Demonstration of a technique for complete control of the timing of single-electron transfer. 2. Observation of antibunching in a collision experiment between two single flying electrons. 3. Development of a technique for generating isolated SAW pulses and demonstration of high-efficiency single-electron transfer using these pulses. In addition to the experiments that led to the above achievements, this research also aims to transplant the SAW-based single-electron transfer technology developed for GaAs electron systems to Si electron systems. To this end, we have also developed a technique for generating GHz-band SAWs using piezoelectric thin films and have confirmed the generation of 1 GHz SAWs.
Free Research Field	ナノ構造物理
Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements	本研究では表面弾性波を用いた単一電子移送に関する研究を実施した。その成果として、波１個単位でタイミングを制御した単一電子移送を実現し、単一飛行電子に対する単発測定による量子電子光学実験を実施する環境を整えた。また、その技術を用いて２個の単一飛行電子の衝突実験を行い、個々の事象を追いかける単発測定によって、クーロン相互作用に基づくアンチバンチングの観測に成功するなど学術的に高いインパクトを与える成果を得た。本研究で得られた単一飛行電子の制御技術は、固体中において電子が持つ量子情報の伝送手段として、大規模な量子計算の実現に貢献し、将来的には社会課題の解決に繋がるものと期待される。