2013 Fiscal Year Annual Research Report
ダイヤモンドＮＶ中心における量子情報の電気的制御に向けた研究
Publicly Offered Research
| Project Area | Quantum cybernetics - interdisciplinary studies of quantum controls and developments toward quantum computing |
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| Project/Area Number |
24102705
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
水落 憲和 大阪大学, 基礎工学研究科, 准教授 (00323311)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2014-03-31
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| Keywords | 量子情報 / ダイヤモンド / NV中心 |
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| Research Abstract |
NV中心は、固体系では唯一、室温で単一スピンの観測及び操作が可能で、量子情報や磁気センサー等の分野で注目される。近年、特にNV中心の電荷状態制御について関心が持たれている。電荷状態は光励起によりStochasticに変化することが報告された。例えば532 nmの光励起では、-1価の電荷状態（NV－）と中性の電荷状態（NV0）の割合が、定常状態ではNV－：NV0＝3:1である。光照射中の電荷状態のStochasticな変化は光学特性やスピン特性に大きな影響を与えるため、その制御は非常に重要である。また光励起による電荷状態の変化により核スピンのT2が室温で1秒を超えたという報告もなされた。電気的な電荷制御では更なる変化の高速化と効率向上により、更なるT2の長時間化が期待されるため、その実証研究は重要である。
今回我々は単一NV－の電荷状態を電気的に初めて制御することに成功した(PRX 2014)。p-i-nダイヤモンド半導体を用い、i層に形成された単一NV中心に電圧を印可して電流を注入し電荷状態を変化させる。電荷状態のシングルショット測定設備を立ち上げ、ほぼ100％の確率でNV－からNV0に制御したことを定量的に示すことができた。これまで光照射と電気的操作を同時に行いながら電荷を制御した報告例はあったが、純粋に電気的効果のみでの操作、及び定量的に電荷の変化量を明らかにした点も初である。またdeterministicに純粋状態への生成を電気的に制御できた点も重要である。電荷変化速度は0.72 /(マイクロ秒)と見積もられ、遠い13C核スピンの電気的デカップリングの観点からは十分速い変化が達成できた。一方、暗状態では0.45秒以上安定なことが示された。成果は将来の量子ビットの速い電気的制御、電気的制御による量子メモリ時間の長時間化、センサー、単電子デバイス等にとって重要な結果である。
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| Current Status of Research Progress |
Reason
25年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
25年度が最終年度であるため、記入しない。
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Research Products
(15 results)
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[Journal Article] Deterministic electrical charge state initialization of single nitrogen-vacancy center in diamond2014
Author(s)
Y. Doi, T. Makino, H. Kato, D. Takeuchi, M. Ogura, H. Okushi, H. Morishita, T. Tashima, S. Miwa, S. Yamasaki, J. Wrachtrup, Y. Suzuki, N. Mizuochi
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Journal Title
Phys. Rev. X.
Volume: 4
Pages: 01107-1~11
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Observation of dark states in a superconductor diamond quantum hybrid system2014
Author(s)
X. Zhu, S. Saito, Y. Matsuzaki, R. Amsüss, K. Kakuyanagi, T. Shimo-oka, N. Mizuochi, A. Saitoh, K. Nemoto, W. J. Munro, K. Semba
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Journal Title
Nature communications
Volume: 5
Pages: 3424-1~6
DOI
Peer Reviewed
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[Presentation] Electrical charge state control of individual atomic defect in diamond
Author(s)
Y. Doi, T. Makino, H. Kato, D. Takeuchi, M. Ogura, H. Okushi, H. Morishita, T. Tashima, S. Miwa, S. Yamasaki, P. Neumann, J. Wrachtrup, Y. Suzuki, N. Mizuochi
Organizer
The 18th Physics and Applications of Spin-related Phenomena in Semiconductors (PASPS-18)
Place of Presentation
Osaka Japan
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[Presentation] Quantum hybrid system of superconducting flux qubit and diamond spin ensemble
Author(s)
S. Saito, X. Zhu, R. Amsuss , Y. Matsuzaki , K. Kakuyanagi, T. Shimooka, N. Mizuochi, K. Nemoto, W.John Munro, K. Semba
Organizer
2013 JSAP-MRS Joint symposia
Place of Presentation
Kyoto, Japan
Invited
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[Presentation] A collective dark state in a superconducting flux qubit diamond spin ensemble hy-brid system
Author(s)
Y. Matsuzaki, X. Zhu , R. Amsuss, K. Kakuyanagi, T. Shimo-oka, N. Mizuochi, K. Nemoto, W. Munro, K. Semba, S. Saito
Organizer
2013 JSAP-MRS Joint symposia
Place of Presentation
Kyoto, Japan
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[Presentation] Charge state manipulation of NV center in Diamond at Room Temperature
Author(s)
Y. Doi, T. Makino, H. Kato, M. Ogura, D. Takeuchi, H. Okushi, S. Yamasaki, J. Wrachtrup, S. Miwa, Y. Suzuki, N. Mizuochi
Organizer
2013 JSAP-MRS Joint symposia
Place of Presentation
Kyoto, Japan
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[Presentation] 電気的手法によるダイヤモンド中の単一NV中心の電荷状態制御
Author(s)
土井悠生, 牧野俊晴, 加藤宙光, 竹内大輔, 小倉政彦, 大串秀世, 森下弘樹, 田嶌俊之, 三輪真嗣, 山崎聡A, P.Neumann, J. Wrachtrup, 鈴木義茂, 水落憲和
Organizer
日本物理学会（2014年）第69回年次大会
Place of Presentation
平塚市
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[Presentation] pinダイヤモンド半導体への電流注入による単一NV中心の電荷制御
Author(s)
土井悠生, 牧野俊晴, 加藤宙光, 小倉政彦, 竹内大輔,大串秀世, 山崎聡, J. Wrachtrup, 田嶌俊之, 三輪真嗣, 鈴木義茂, 水落憲和
Organizer
第27回ダイヤモンドシンポジウム
Place of Presentation
埼玉県
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