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2012 Fiscal Year Annual Research Report

超伝導人工原子を用いた量子メモリーの研究

Research Project

Project/Area Number 22241025
Research InstitutionNational Institute of Informatics

Principal Investigator

仙場 浩一  国立情報学研究所, 量子情報国際研究センター, 特任教授 (50393773)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 角柳 孝輔  日本電信電話株式会社NTT物性科学基礎研究所, 量子電子物性研究部, 研究主任 (40417093)
中ノ 勇人  日本電信電話株式会社NTT物性科学基礎研究所, 量子電子物性研究部, 主任研究員 (60393774)
根本 香絵  国立情報学研究所, 情報学プリンシプル研究系, 教授 (80370104)
齊藤 志郎  日本電信電話株式会社NTT物性科学基礎研究所, 量子電子物性研究部, 特別研究員、主任研究員 (90393777)
Project Period (FY) 2010-04-01 – 2013-03-31
Keywords量子メモリー / 超伝導 / ダイヤモンド / 人工原子 / NVセンター / エンタングルメント / 量子非破壊測定 / 量子通信
Research Abstract

【実験グループ】マイルストーン[A1](共振器中光子寿命)>(マイクロ秒)達成済み。
[A2]超伝導人工原子⇔ 光子,量子二準位系 間での量子もつれ制御技術の最適化 達成済み。
[A3] Bell 状態の生成と量子メモリーへの書き込み読み出しの実証へ向けて、Nature 478,221(2011)での成果を改良発展させ、超伝導量子ビットとダイヤモンドNVセンター集団スピン(1励起 Dick状態)間でもつれ状態を生成することに成功した。分光データに現れた狭線幅共鳴状態はダイヤモンドNV中心集団スピンの dark state が主成分であると判明した。この成果は長寿命の量子メモリー実現へ発展する可能性を秘めている。共に、論文発表準備中。他にも測定強度閾値に依存したJBA量子非破壊測定に関して貴重な知見が得られた(New J. Phys.15, 043028(2013))。 一方、量子メモリー時間の改良および2体以上のもつれ状態のメモリー動作に関しては、今後の課題である。
【理論グループ】マイルストーン[T1]ダイヤモンドNVセンターとの相互作用についての理論解析を行った。(Phys.Rev.A86,062117(2012))。
[T2]前年度の状態表示を発展させ新しい数理的方法を提案した。本研究で用いている量子ビットは高精度測定に用いることが注目されていることから、これを原子集団にも拡張して可能性を検討した(J. Phys. A45,015302(2012))。
[T3]数量子ビットのエンタングルメントの生成方法やスケーラビリティについて 検討した。特に光への情報転写を含めた素子の可能性とその量子通信 への応用 について検討した(Phys.Rev.A 2013掲載決定:arXiv:1209.3851v1)。

Current Status of Research Progress
Reason

24年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

24年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (27 results)

All 2013 2012 Other

All Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 5 results) Presentation (17 results) (of which Invited: 9 results) Remarks (5 results)

  • [Journal Article] Hybrid-systems approach to fault-tolerant quantum communication2013

    • Author(s)
      Ashley M. Stephens, Jingjing Huang, Kae Nemoto, and W. J. Munro
    • Journal Title

      Physical Review A

      Volume: 未定 Pages: 未定

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Experimental analysis of the measurement strength dependence of superconducting qubit readout using a Josephson bifurcation readout method2013

    • Author(s)
      K Kakuyanagi, S Kagei, R Koibuchi, S Saito, A Lupascu, K Semba, H Nakano
    • Journal Title

      New Journal of Physics

      Volume: 15 Pages: 043028

    • DOI

      doi:10.1088/1367-2630/15/4/043028

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Coherent growth of superconducting TiN thin films by plasma enhanced molecular beam epitaxy2012

    • Author(s)
      Yoshiharu Krockenberger, Shin-ichi Karimoto, Hideki Yamamoto, and Kouich Semba
    • Journal Title

      Journal of Applied Physics

      Volume: 112 Pages: 083920,083920-5

    • DOI

      doi: 10.1063/1.4759019

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] SU(N)-symmetric quasi-probability distribution functions2012

    • Author(s)
      Todd Tilma and Kae Nemoto
    • Journal Title

      Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical

      Volume: 45 Pages: 015302

    • DOI

      doi:10.1088/1751-8113/45/1/015302

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Towards a complete and continuous Wigner function for an ensemble of spins or qubits2012

    • Author(s)
      Derek Harland, M. J. Everitt, Kae Nemoto, T. Tilma, and T. P. Spiller
    • Journal Title

      Physical Review A

      Volume: 86 Pages: 062117,062117-9

    • DOI

      10.1103/PhysRevA.86.062117

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Integrated quantum information technology2013

    • Author(s)
      Kae Nemoto
    • Organizer
      JFLI meeting on quantum information and computation
    • Place of Presentation
      Paris, France
    • Year and Date
      20130304-05
  • [Presentation] Josephson circuit QED and hybrid quantum systems2012

    • Author(s)
      Kouichi Semba
    • Organizer
      International Workshop on Spectral analysis of non-commutative harmonic oscillators and quantum devices
    • Place of Presentation
      Institute of Mathematics for Industry, Faculty of Mathematics, Kyushu University, Fukuoka, Japan
    • Year and Date
      20121126-20121127
    • Invited
  • [Presentation] “1. Superconductivity and Josephson circuit QED”, “2. Hybrid Quantum Systems”.2012

    • Author(s)
      Kouichi Semba
    • Organizer
      The 25th Workshop on Nanoscale and Mesoscopic Systems : Exotic Quantum States in Circuit QED Systems
    • Place of Presentation
      (Hogil Kim Memorial Building, POSTECH, Pohang, Korea
    • Year and Date
      20121101-20121102
    • Invited
  • [Presentation] Quantum communication using a resonator-ensemble interaction [ID:96]2012

    • Author(s)
      Kae Nemoto, Ashley Stephens, Jingjing Huang, and William Munro
    • Organizer
      AQIS'12, 12th Asian Quantum Information Science Conference
    • Place of Presentation
      Suzhou, China
    • Year and Date
      20120823-20120826
  • [Presentation] Coupling a superconducting flux qubit to an NV ensemble: A hybrid system's approach for quantum media conversion2012

    • Author(s)
      W. J. Munro, S. Saito, X. Zhu, Y. Matsuzaki, Kae Nemoto, T. Shimooka, N. Mizuochi, and K. Semba
    • Organizer
      QCMC2012, 11th International Conference on Quantum Communication, Measurement and Computing
    • Place of Presentation
      Vienna, Austria
    • Year and Date
      20120730-20120803
  • [Presentation] Coherent Coupling of a Superconducting Flux Qubit to an Electron Spin Ensemble in Diamond

    • Author(s)
      Kouichi Semba
    • Organizer
      Gordon Research Conference : Quantum Science
    • Place of Presentation
      Stonehill College, Easton, MA, USA
    • Invited
  • [Presentation] Superconducting flux qubit NV-diamond hybrid quantum system

    • Author(s)
      Kouichi Semba
    • Organizer
      The 11th US-Japan Joint Seminar on Quantum Electronics and Laser Spectroscopy “Ultimate Quantum Systems of Light and Matter- Control and Applications”
    • Place of Presentation
      Nara Prefectural New Public Hall, Nara Japan
    • Invited
  • [Presentation] 超伝導キュービット・ダイヤモンドNV センタハイブリッド量子系

    • Author(s)
      Kouichi Semba
    • Organizer
      第60回応用物理学会春季学術講演会
    • Place of Presentation
      薄膜・表面 分科内招待講演 神奈川工科大学
    • Invited
  • [Presentation] Josephson circuit QED and hybrid quantum systems

    • Author(s)
      Kouichi Semba
    • Organizer
      Interdisciplinary Workshop on Quantum Device ~through Mathematical Structure ~
    • Place of Presentation
      National Institute of Informatics Chiyoda-ku Tokyo, Japan
    • Invited
  • [Presentation] Coherent operation in a superconductor-diamond hybrid system

    • Author(s)
      S. Saito, X. Zhu, Y. Matsuzaki, W.J. Munro, K. Kakuyanagi, N. Mizuochi, T. Shimooka,K. Nemoto, K. Semba
    • Organizer
      19th Central European Workshop on Quantum Optics 2012
    • Place of Presentation
      Sinaia, Romania
    • Invited
  • [Presentation] Realizing Quantum Memories for Superconducting Qubits: Storage and Retrieval of entangled quantum states

    • Author(s)
      W.J. Munro, S. Saito, X. Zhu, R. Amsuss, Y. Matsuzaki, K. Kakuyanagi, T. Shimo-Oka, N. Mizuochi, K. Nemoto, and K. Semba
    • Organizer
      Annual EQuS Workshop
    • Place of Presentation
      Wollongong, Australia
    • Invited
  • [Presentation] Quantum memory operations in a superconductor-diamond hybrid system

    • Author(s)
      S. Saito, X. Zhu, R. Amsuss, Y. Matsuzaki, K. Kakuyanagi, T. Shimo-Oka, N. Mizuochi, K. Nemoto, W. J. Munro, and K. Semba
    • Organizer
      The 3rd International Conference on Quantum Information and Technology
    • Place of Presentation
      Tokyo, Japan
    • Invited
  • [Presentation] Hybrid system of a superconducting flux qubit and an electron spin ensemble in diamond: a theoretical analysis

    • Author(s)
      Y. Matsuzaki, S. Saito, X. Zhu, R. Amsuss, K. Kakuyanagi, T. Shimo-Oka, N. Mizuochi, K. Nemoto, W. J. Munro and K. Semba
    • Organizer
      The 3rd International Conference on Quantum Information and Technology
    • Place of Presentation
      Tokyo, Japan
  • [Presentation] 超伝導・ダイヤモンド複合系における量子メモリ動作

    • Author(s)
      齊藤志郎,Xiaobo Zhu,Robert Amsuss,松崎雄一郎,角柳孝輔,下岡孝明,水落憲和,根本香絵,William J. Munro,仙場浩一
    • Organizer
      日本物理学会 第68回年次大会
    • Place of Presentation
      広島大学,日本
  • [Presentation] 超伝導磁束量子ビットとスピン集団のコヒーレント結合ダイヤモンド中の電子スピン集団とが結合したハイブリッド系の理論解析

    • Author(s)
      松崎雄一郎,齊藤志郎,Xiaobo Zhu,Robert Amsuss,下岡孝明,水落憲和,根本香絵,William J. Munro,仙場浩一
    • Organizer
      日本物理学会 第68回年次大会
    • Place of Presentation
      広島大学,日本
  • [Presentation] JBA 量子状態読み出し法での射影エラー確率

    • Author(s)
      角柳孝輔,馬場達也,松崎雄一郎,中ノ勇人,齊藤志郎,仙場浩一
    • Organizer
      応用物理学会
    • Place of Presentation
      松山大学・愛媛大学
  • [Presentation] 超伝導量子ビットで観測された量子ゼノ効果

    • Author(s)
      角柳孝輔,馬場達也,松崎雄一郎,中ノ勇人,齊藤志郎,仙場浩一
    • Organizer
      日本物理学会
    • Place of Presentation
      横浜国立大学
  • [Remarks] 量子メモリーの原理実験に成功 - ダイヤモンドと超伝導ハイブリッド系の量子状態制御に初めて成功 -

    • URL

      http://www.ntt.co.jp/news2011/1110/111012a.html

  • [Remarks] 量子メモリーの原理実験に成功 ~ ダイヤモンドと超伝導ハイブリッド系の量子状態制御に初めて成功 ~

    • URL

      http://www.brl.ntt.co.jp/J/2011/10/latest_topics_201110130201.html

  • [Remarks] 注目のキーワードVol. 1 『量子』 量子研究の成果と活用の未来 拡がる量子活用分野への道と課題

    • URL

      http://www.ntt.co.jp/RD/OFIS/keywords/vol1_quantum.html

  • [Remarks] ダイヤモンドと超伝導量子ビットを直接組み合わせたハイブリッド系の量子状態制御に 世界で初めて成功

    • URL

      http://www.ntt.co.jp/journal/1201/files/jn201201063.pdf

  • [Remarks] 量子情報の最先端をつたえる Interview #001 仙場浩一 特任教授 国立情報学研究所

    • URL

      http://www.ryosi.com/qis/201207/01/

URL: 

Published: 2014-07-24  

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