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2011 Fiscal Year Annual Research Report

単一NV中心における多量子ビット化へ向けた研究

Publicly Offered Research

Project AreaQuantum cybernetics - interdisciplinary studies of quantum controls and developments toward quantum computing
Project/Area Number 22102502
Research InstitutionOsaka University

Principal Investigator

水落 憲和  大阪大学, 大学院・基礎工学研究科, 准教授 (00323311)

Keywords量子暗号通信 / 量子コンピューティング / スピントロニクス
Research Abstract

ダイヤモンド中の窒素-空孔複合体(NV)中心が持つスピンの特徴は、固体中のスピンにも関わらず優れたスピンコヒーレンス特性を持ち、光により検出・操作することが可能な点である。水落らは特に^<13>Cの核スピンに注目し、複数量子ビット系の実現と優れた量子ビット操作性を示してきた。本研究ではこれまでの研究を発展させ、NV中心による量子レジスタ内の多量子ビット化を目指し、更に量子レジスタの量子ビット間の結合にも発展する仕組み作りを目指した。
量子レジスタ内での多量子ビット化ではNV中心の電子スピンと結合した核スピンによる4量子ビット以上のNV中心を探索し、量子もつれ生成の実証を目指した。成果としては4量子ビットでの量子もつれ生成に成功した。成果は学会発表を行った。集積化等の優位性から固体系における量子情報素子の研究が活発になされているが、固体系で量子もつれ生成が報告されているのは3量子ビットまでであり、4量子ビットでしかも室温で実現した点は非常に意義深いと言える。
他材料との量子ビット間の結合の仕組みつくりに関してはNV中心のスピンと超伝導量子ビットとの結合に成功した。本成果はNTT超伝導量子ビットグループ、NIIとの共同研究成果で、超伝導素子による測定はNTTが行った。阪大グループは試料作製とスピン特性の評価、及び超伝導量子ビットとのスピンの結合に関する議論を行った。成果はNature誌に掲載された。超伝導量子ビットは集積化に優位性を有するが、メモリー時間の短さに大きな課題があった。超伝導量子ビットと長いメモリー時間を有するNV中心のスピンを結合させた複合系の原理実験の成功は、その課題を克服し、集積化へ道を拓く点で非常に意義深いと言える。

  • Research Products

    (14 results)

All 2012 2011

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results) Presentation (10 results) Patent(Industrial Property Rights) (1 results)

  • [Journal Article] Electrically driven single photon source at room temperature in diamond2012

    • Author(s)
      N.Mizuochi, J.Wrachtrup, S.Yamasaki, et.al.
    • Journal Title

      Nature Photonics

      Volume: (accepted)

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Coherent coupling of a superconducting flux-qubit to an electron spin ensemble in diamond2011

    • Author(s)
      X.Zhu, N.Mizuochi, K.Semba, et.al.
    • Journal Title

      Nature

      Volume: 478 Pages: 221-224

    • DOI

      10.1038/nature10462

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] ダイヤモンドNV中心と量子情報2011

    • Author(s)
      水落憲和
    • Journal Title

      ニューダイヤモンドフォーラム

      Volume: vol.27, No.4 Pages: 2-6

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] ダイヤモンド中の単一NV中心における4量子ビット化と量子もつれ生成2012

    • Author(s)
      下岡孝明, 他
    • Organizer
      第59回応用物理学関係連合講演会
    • Place of Presentation
      早稲田大学(東京)
    • Year and Date
      2012-03-16
  • [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2012

    • Author(s)
      齊藤志郎, 他
    • Organizer
      第59回応用物理学関係連合講演会
    • Place of Presentation
      早稲田大学(東京)
    • Year and Date
      2012-03-16
  • [Presentation] Quantum information processing by NV center in diamond2012

    • Author(s)
      N.Mizuochi
    • Organizer
      International Workshop for Group-IV Spintronics
    • Place of Presentation
      大阪大学(大阪)(招待講演)
    • Year and Date
      2012-01-20
  • [Presentation] Single photon source by single NV center in diamond semiconductor2012

    • Author(s)
      N.Mizuochi
    • Organizer
      Advances in Photonics of Quantum Computing, Memory, and Communication V at SPIE Photonics West
    • Place of Presentation
      Moscone Center San Francisco, (USA)(招待講演)
    • Year and Date
      2012-01-04
  • [Presentation] ヘテロエピタキシャルダイヤモンドの選択成長法を用いたナノスケールドットアレイダイヤモンド形成におけるダイヤモンド核密度の影響2011

    • Author(s)
      菊地啓翔, 他
    • Organizer
      ダイヤモンドシンポジウム
    • Place of Presentation
      産業技術総合研究所(茨城〕
    • Year and Date
      2011-12-08
  • [Presentation] ダイヤモンド中の単一NV中心の量子情報処理・通信への応用2011

    • Author(s)
      水落憲和
    • Organizer
      日本磁気学会181回研究会
    • Place of Presentation
      中央大学(東京)(招待講演)
    • Year and Date
      2011-12-07
  • [Presentation] ダイヤモンド半導体中の単一NV中心を用いた量子情報の研究2011

    • Author(s)
      水落憲和, 他
    • Organizer
      第50回電子スピンサイエンス学会年会SEST2011
    • Place of Presentation
      仙台国際センター(宮城)
    • Year and Date
      2011-11-17
  • [Presentation] 単一NV中心における多量子ビット化へ向けた研究ダイヤモンドによる量子情報2011

    • Author(s)
      水落憲和
    • Organizer
      学振147委員会、第113回研究会、カーボン系材料の新しい展開
    • Place of Presentation
      東京弘済会館(東京)(招待講演)
    • Year and Date
      2011-11-04
  • [Presentation] ダイヤモンド中の単一NV中心による室温でのベル測定の実証と評価2011

    • Author(s)
      水落憲和
    • Organizer
      日本物理学会2011年秋季大会
    • Place of Presentation
      富山大学(富山)(招待講演)
    • Year and Date
      2011-09-21
  • [Presentation] ダイヤモンドNV中心と量子情報2011

    • Author(s)
      水落憲和
    • Organizer
      ニューダイヤモンドフォーラム平成23年度第1回研究会
    • Place of Presentation
      東京弘済会館(東京)(招待講演)
    • Year and Date
      2011-06-23
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 単一光子出力装置、単一光子出力方法、及び単一光子出力装置に用いる半導体の製造方法2011

    • Inventor(s)
      水落憲和、山崎聡、牧野俊晴、加藤宙光、竹内大輔、小倉政彦
    • Industrial Property Rights Holder
      大阪大学
    • Industrial Property Number
      特願2011-167423
    • Filing Date
      2011-07-29

URL: 

Published: 2013-06-26  

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