2015 Fiscal Year Research-status Report
イオンをもちいたハバード模型の量子シミュレーションに関する研究
| Project/Area Number |
26400418
|
|---|
| Research Institution | Osaka University |
|---|
Principal Investigator |
豊田 健二 大阪大学, 基礎工学研究科, 助教 (20314403)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
|
| Keywords | イオントラップ / 量子情報 / レーザー冷却 / 量子シミュレーション / 量子計算 / 量子エレクトロニクス |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
JCHシミュレーションを多数個のイオンをもちいて大規模に行うためには、Jaynes-Cummings相互作用を引き起こさせるためのレッドサイドバンドパルスの強度を高く保ち、同時にイオン間隔を20um程度に保ちながら、サイト数を増やしていくことが必要となる。このために光マルチアクセスシステムという、イオン鎖中のイオンに複数の光ビームを個別に照射するための光学系等を開発し、実験を行っている。
H26年度までは、光マルチアクセスシステムにおいてビームの重ね合わせを行うためにハーフビームスプリッタ―を用いていた。このため、ビームを束ねる過程の1段（2n本のビームをn本に束ねる過程）ごとに効率が50%ずつ悪化していってしまっていた。これを改善するために、エッジミラーを用いたロスの生じにくい光学系を新たに構築し、それを用いて4本のビームを束ねられるようにした。この4本のビームをイオンへ照射する実験を行い、一本当たりのキャリアラビ周波数600kHz以上を実現した。これはサイドバンドラビ周波数に換算して20kHz程度であったが、その値はイオン間のフォノンホッピング周波数を十分上回るものであり、JCH模型の量子シミュレーションの実現・観測に関して十分な値が得られたといえる。
また、フォノン系の研究に関して、動径2方向の振動モードをDC電場をもちいて結合する実験を行った。電極に印加する電圧を掃引することにより、振動モードの永年周波数を変化させ、異なるモード間の占有数を移行させるというものである。この印加する電圧の変化速度に対して、モード間の遷移効率は、理想的にはランダウ・ツェナーの公式にしたがって変化することが期待される。実験では、印加する電圧を連続的に変化させる速度を変えた場合に、遷移確率がその速度に依存するような振る舞いを観測することに成功した。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
JCH模型の量子シミュレーションに関しては、光マルチアクセスシステムの改善を行うことにより、4個のビーム各々について十分高いキャリアラビ周波数を得ることに成功した。これにより、2-4個までのイオン列に対してサイズ効果、つまり個数に依存して相転移の急峻さが変化するような効果を観測する実験は視野に入ってきたと考えられる。また、レーザー光源のパワーをさらに上げることも可能であると予想されるため、光学系の変更によりさらに個数を上げるということも可能であると考えられる。
フォノンの操作の研究に関しては、H27年度はサイドバンド冷却に関するトラブルが生じたために、振動基底状態やフォック状態の生成ができていなかったが、年度終盤にそれの解決のめどが立った。そのため、今後フォック状態を準備したうえで実験を行い、1量子レベルでのフォノンモード間結合実験を行うことも可能であると考えられる。
|
| Strategy for Future Research Activity |
JCH模型の量子シミュレーションに関しては、4個までのイオンに対してMott-Insulator-Superfluid転移の観測、その個数依存性の検証を目指す。また、空間光変調器(Spatial Light Modulator)などの利用による、より効率的に多ビーム化について、その方策を探る。
フォノンの制御の研究については、上記のように、初期状態を純粋に量子的なフォック状態に準備して実験を行い、多モード間のコヒーレンとな結合を1量子レベルで観測することを目指す。
|
| Causes of Carryover |
現行設備を有効利用することにより、当初計画より少ない支出で研究を遂行することができたため。
|
| Expenditure Plan for Carryover Budget |
現在さらに光学系を拡張することを計画しており、そこに予算を充てることなどを考えている。
|
