2022 Fiscal Year Research-status Report
Dark Matter Search Using Quantum Sensing
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22K18711
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
日下 暁人 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 准教授 (20785703)
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| Project Period (FY) |
2022-06-30 – 2024-03-31
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| Keywords | 暗黒物質 / アクシオン / 量子ビット / マグノン / 量子センシング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、超伝導量子ビット「トランズモン」を用いた量子センシングによる暗黒物質探索と、それを発展させた将来実験のための技術開発を行なう。トランズモンは5 GHz付近の共振周波数を持つ非線形超伝導共振器であり、今最も注目される量子ビット素子の一つである。これを用いて量子非破壊測定を行なえば、5 GHz の光子 (~20 ueV) やそれと結合する準粒子の単一量子測定を、量子雑音の限界を超えた精度で達成できる。近年、Axion・暗黒光子・軽い暗黒物質など、多様な暗黒物質候補の探索が求められており、これはトランズモンによる低エネルギー検出の格好な応用対象となる。
1年度目においては、マグノンと量子ビットの結合系についてそれを用いた暗黒物質探索実験に向けた研究開発を進めた。特に、複数の読出し手法を用いた場合の探索感度の比較研究や、マグノン媒質YIGの体積を増やすことに向け、大きなYIGにおけるマグノン共鳴の評価などの研究を進める事ができた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初の計画通り、信号の読出し手法の検討及びYIG大型化に向けた研究開発が進んでおり、本計画の目標達成に向けて十分な進捗があるため。
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| Strategy for Future Research Activity |
2年度目には、大口径YIGを量子ビットと結合させた測定を行い、暗黒物質探索の初期成果達成を目指す。
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| Causes of Carryover |
大型YIGインゴットの加工および東京大学低温センターの希釈冷凍機施設を用いた評価などを当初計画していたが、より効率的な大型YIGの使用法に着想し、加工が不要になったこと、異なる評価試験を行う必要が生じたことなどから、これらの研究を次年度に行うこととした。この新しい着想に基づくYIG評価等のため、次年度使用を行う。
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