2012 Fiscal Year Annual Research Report
シリコン中のエンタングルメント及び量子ホログラフィックメモリー動作に関する研究
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22241024
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| Research Institution | Keio University |
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Principal Investigator |
伊藤 公平 慶應義塾大学, 理工学部, 教授 (30276414)
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| Project Period (FY) |
2010-04-01 – 2014-03-31
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| Keywords | 量子情報 / 半導体 |
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| Research Abstract |
今年度は昨年度の継続として、ビスマス(Bi)ドナーを添加して量子情報への応用を開発した。シリコン基板にイオン注入されたビスマスドナーの電子スピン共鳴を60mT以下の低磁場で実現し、ビスマス電子スピンを量子ビットとした量子操作と測定を行うことで、低磁場のみで動作する超伝導量子ビットとの結合に向けた準備を整えた。また、外部からの印加磁場を一定に保ちながら、励起電磁波の周波数を変化させることで、所望の量子遷移を選択し、その結果として量子計算や量子通信に必要な量子初期状態を得て、その後に任意の量子操作を実行する手法を確立した。ビスマスに束縛された電子スピンには一定磁場においても１０個以上の安定な量子状態が存在するため、２値計算を上回る多値計算の可能性も示すことに成功した。最終的には、ビスマス電子スピンを量子メモリー、超伝導量子ビットを量子プロセッサーとして活用することからロバストなハイブリッド量子計算の可能性を探る。主要実験手法はパルス電子磁気共鳴、パルス電子磁気二重共鳴(ENDOR)、フォトルミネッセンス励起分光(PLE)である。
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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
当初の計画順に並べると、1) 電子および核スピンデコヒーレンスの機構解明と抑制方法の開発は終了し、数本の学術論文にまとめ、複数回の国際会議で招待講演を行った。2) 電子・核スピンの高純度エンタングルメント生成は論文にまとめ、複数回の国際会議の招待講演でも発表した。3) スピン集合体に位相情報を読み込ませる量子ホログラフィックメモリーの開発も論文にまとめた。4) 超伝導量子ビットとシリコン量子ビット間のエンタングルメント生成に関する実験を行うことに関しては、シリコン中のビスマス(Bi)不純物が量子ビットして超伝導量子ビットとのエンタングルメントに適することを見出だし論文にまとめた。5) さらに当初計画にはない、シリコン中の29Si核スピンメモリー動作の実証"Coherent storage of photoexcited triplet states using 29Si nuclear spins in silicon," Phys. Rev. Lett. 108, 097601 (2012)、量子情報処理を意識したシリコン中の様々なスピン三重項状態の評価"Optical properties of triplet states of excitons bound to interstitial-carbon interstitial-oxygen defects in silicon," Phys. Rev. B 84, 115204 (2011), "Electrical detection of cross relaxation between electron spins of phosphorus and oxygen-vacancy centers in silicon," Phys. Rev. B 84, 045204 (2011)などの多くの成果を得た。
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| Strategy for Future Research Activity |
上述のとおり基盤研究Aの計画の多くを研究期間満了前にほぼ達成したが、唯一達成されていないのが、4)における超伝導量子ビットとのエンタングルメント生成である。よって最終年度は、実際に半導体量子ビットと超伝導量子ビットとの結合に進みたいと願い、超伝導量子ビットの専門家との連携を深めていく。
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