2023 Fiscal Year Annual Research Report
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21H04646
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| Research Institution | National Institutes for Quantum Science and Technology |
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Principal Investigator |
小野田 忍 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 高崎量子応用研究所 量子機能創製研究センター, 上席研究員 (30414569)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
蔭浦 泰資 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 研究員 (20801202)
加田 渉 群馬大学, 大学院理工学府, 准教授 (60589117)
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| Project Period (FY) |
2022-02-01 – 2026-03-31
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| Keywords | NVセンター / 多量子ビット / ダイヤモンド / イオン注入 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ダイヤモンド中の負電荷の窒素(N)空孔(V)は、量子コンピュータや量子暗号・通信のための「室温動作」の固体量子情報素子として期待できる。しかし、実現の鍵となるNVの多量子ビット化は、電子スピン同士が相互作用でき得る距離(～10nm程度)に優れた電子スピン特性のNVを集積することの困難さから、研究例が限られている。研究代表者らは、2019年になり、アデニンをイオン源とする有機化合物を用いて、約10年振りに2量子ビットから3量子ビットへ拡張することに成功した。今までに開発してきた有機化合物ビームとしてはアデニン及びフタロシアニンビームがある。これに加え、L-アルギニンイオンビームの開発に成功した。L-アルギニンは、天然存在比だけでなく、15Nと13Cに同位体濃縮を行った分子を加速・注入できるようになったため、NV（電子スピン）と13C（核スピン）からなるハイブリット多量子ビットを意図して形成できる可能性が出てきた。形成したNV対の量子もつれを生成することに成功し、量子もつれセンシングの予備試験を行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
L-アルギニンイオン注入によってNVの形成が確認できた。同位体濃縮のL-アルギニンイオンを用いることで、15NVと13Cを同じ箇所に注入することができるようになり、NV（電子スピン）と13C（核スピン）のハイブリット多量子ビット形成の可能性がでてきた。NV電子スピン同士の双極子結合の計測実験を行い、双極子相互作用が100kHzを超えるNV対を確認できた。さらに、当該NV対を用いて量子もつれの生成に成功した。研究の状況は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 |
分子イオンを注入して多量子ビットのNV形成を行う際、注入したN原子を効率良くNVに転換する必要がある。共注入を行うことで効率よくNVを形成する実験を実施する。また、量子もつれさせたNV対を量子センシングに応用する等の実験を行い、多量子ビットNVの優位性を示す。
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