量子ドットの多重化と量子状態制御

• Project/Area Number: 18J13522
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Condensed matter physics I
• Research Institution: Institute of Physical and Chemical Research (2019); The University of Tokyo (2018)
• Research Fellow: 伊藤 匠 国立研究開発法人理化学研究所, 創発物性科学研究センター, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2018-04-25 – 2020-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2019)
• Budget Amount: ¥1,900,000 (Direct Cost: ¥1,900,000); Fiscal Year 2019: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2018: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
• Keywords: 量子ドット / 量子情報処理 / 量子シミュレーション / スピン量子ビット

Outline of Annual Research Achievements

本研究では半導体横型多重量子ドットのアナログ量子シミュレーションへの応用に関してこれまで取り組んできた。本年度は、同試料の特定条件下の電荷状態分布中における4電子スピン状態についてさらなる数値解析を行った。互いに等しくトンネル結合した無限長の1次元スピン配列を考えた場合、基底状態は反強磁性的な、電子スピンが互い違いの方向を向いた状態になることが期待されており、数値計算でのその再現を行ったが、スピンが4つの場合(一次元四重量子ドット)では必ずしもそのような状態が基底状態になるわけではないことが数値計算からは推測され、反強磁性的状態とそれ以外の状態の混成状態が予測された。ただし各量子ドット間のトンネル結合を調整することで反強磁性的状態の割合が極大になることが予想され、このような基底状態の変化が昨年度の研究で提案した電子スピン状態の測定手法を用いて検出されることが予想された。
また、元の研究計画とは異なるが、偏光‐スピン相関を持った光子‐電子対の生成実験に取り組む同研究室内別グループに参加し、多重量子ドットの実験で得た技術やノウハウを用いて実験に参加・協力した。同グループではこれまでの成果としてZeeman分離した軽い正孔の選択励起を試みることにより、単一光子の量状態転写に成功し、単一の偏光もつれ光子対から光子-電子対を生成することにも成功している。そこで現在は、この2つの実験技術を組み合わせることにより、偏光のもつれあった光子対から偏光とスピンの間に相関を持った光子-電子対が生成されるかを検証する実験を行っていた。これらの実験においては二重量子ドットの形成と調整、および電荷状態の感度良い計測が必須となっており、それらの条件に関して私がこれまで培ってきた技術やノウハウを用い、実験を効果的に進める補助となることができた。

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Four single-spin Rabi oscillations in a quadruple quantum dot (2018)
  • Author(s): Takumi Ito, Tomohiro Otsuka, Takashi Nakajima, Matthieu R. Delbecq, Shinichi Amaha, Jun Yoneda, Kenta Takeda, Akito Noiri, Giles Allison, Arne Ludwig, Andreas D. Wieck, and Seigo Tarucha
  • Journal Title: APPLIED PHYSICS LETTERS Volume: 113 Pages: 093102-093102
  • DOI: 10.1063/1.5040280
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] 4重量子ドットにおける4電子スピン状態測定法の開発 (2019)
  • Author(s): 伊藤匠, 大塚朋廣, 中島峻, Matthieu Delbecq, 天羽真一, 米田淳, 武田健太, 野入亮人, Giles Allison, Arne Ludwig, Andreas D. Wieck, 樽茶清悟
  • Organizer: 日本物理学会 2019年秋季大会
• [Presentation] 微小磁石ESRに用いる局所磁場パラメータの解析 (2019)
  • Author(s): 伊藤匠
  • Organizer: 日本物理学会第74回年次大会(2019年)