2016 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
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26400418
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
豊田 健二 大阪大学, 基礎工学研究科, 助教 (20314403)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2018-03-31
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| 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 / ジェインズ・カミングス・ハバード模型 / ハバード模型 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
Jaynes-Cummings-Hubbard(JCH)模型の量子シミュレーションを、トラップされた多数個のイオンの系を用いて行うことを目指して研究を行った。
まず、前年度終盤に発生した真空装置のアクシデントからの復旧を試み、結果としてよりよい条件でのトラップの再現に成功した。具体的には、浮遊電場を抑えることにより、イオン2個の間隔を45 μmまで（従来比150%程度）広げ、イオン間のフォノンホッピングレートを0.3 kHzまで抑えることが可能となった。これはサイドバンドラビ周波数よりも2桁ほど低く、したがってサイドバンド光による状態検出を十分高い精度で行うこと、またJCH模型をポラリトンモット絶縁体領域の深いとことまで探索することが可能となった。
上記のトラップ装置と前年度にセットアップを完了した光マルチアクセスシステムを組み合わせ、4個のイオンを用いたJCH模型の実現に向けて研究を行った。4個のCaイオンに対する729nm光ビームの個別照射を行い、640kHzという十分高いキャリアラビ周波数をすべてのイオンに対して実現した。さらに、レッドサイドバンド遷移を用いた量子シミュレーション（高速断熱通過）実験を行い、内部状態、運動状態が期待される基底状態に遷移していることを確認した。これにより、4個の量子シミュレーションを行う系の準備が完了したことになり、今後精度向上を行ったうえで各種測定実験につなげるという道筋が可能となった。
また、フォノンを用いた量子情報処理の実現に向けて、フォノンの個数分解検出器の実現に向けた研究を行った。複数イオンへ拡張するステップとして、まず単一イオンを用い、フォノン状態の状態振幅をゼーマン準位にマップして順次読みだすという手法によりn=0-3のフォノン数の同定に成功した。
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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
真空装置のトラブルからの復旧に時間を要し、また光マルチアクセスシステムの整備に想定以上の時間を必要としたため、4個のイオンを用いた実験に本格的に取り掛かるまでに研究期間3年に近い期間を費やすこととなった。ただし、研究に必要な基本的構成要素の整備は終えられたため、マイナーな改善を加えることにより、すぐに最終的な測定実験フェーズに移行することが可能であり、延長期間内に十分必要な測定実験を済ませることは可能であると考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
4個のイオンを用いたJCH実験にむけ、当初の計画通りポラリトニックモット絶縁体―超流動転移の観測を含め研究を行っていく。以前より複数個イオンのサイドバンドラビ振動に比較的早い減衰が見られており、これまで行っていなかった軸方向運動のサイドバンド冷却等によりこれに対処していく予定である。ポラリトニックモット絶縁体ー超流動転移の観測については、内部状態励起とフォノン励起を複合したものであるポラリトン的励起のサイトごとの粒子数（およびその分散）の見積もりを効率よく行うことが以前まで未解決の問題であったが、比較的単純な手法により効率よく見積もれるめどが立ったため、その方法を実現し測定を行うことを目指す。
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| Causes of Carryover |
研究経費の節約、既存設備の有効利用により支出を抑えることができたため。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
残額は、H29年度に国際会議への参加、論文投稿にまつわる費用（投稿料、英文校正）などへの支出により有効利用することが可能であると考えている。
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[Journal Article] Frequency Measurement System of Optical Clocks Without a Flywheel Oscillator2016
Author(s)
Miho Fujieda, Tetsuya Ido, Hidekazu Hachisu, Tadahiro Gotoh, Hiroshi Takiguchi, Kazuhiro Hayasaka, Kenji Toyoda, Kenji Yonegaki, Utako Tanaka, and Shinji Urabe
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Journal Title
IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control
Volume: 63
Pages: 2231 - 2236
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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