Superradiance and induced emission of spatially periodic excited atoms
| Project/Area Number |
22K03494
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 13020:Semiconductors, optical properties of condensed matter and atomic physics-related
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| Research Institution | Tokyo Medical and Dental University |
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Principal Investigator |
越野 和樹 東京医科歯科大学, 教養部, 准教授 (90332311)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2022: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
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| Keywords | 量子光学 / 超伝導回路ＱＥＤ / 量子制御 / 量子計算 / 量子エレクトロニクス / 応用光学・量子光工学 / 量子コンピュータ |
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| Outline of Research at the Start |
超放射は光子場を介しておこる多原子間の量子協力現象である．その発現条件は，原子の共鳴波長よりも遥かに狭い領域に多数の励起原子を集めることであるが，一般にはそれは難しい．しかし，導波路量子電気力学系（一次元光学系）ではその条件は大きく緩和され，共鳴波長で周期的に並ぶ原子系でも超放射がおこり得る．本研究では，そのような周期的励起原子群の超放射・誘導放出ダイナミクスを理論的に解明し，量子デバイスへの応用を図る．
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| Outline of Annual Research Achievements |
一次元光子場に単一あるいは複数の原子が結合している系を「導波路量子電気力学系」と呼ぶ．この系には（i）光子－原子相互作用が自由空間の場合と比較して劇的に増強される，（ii）導波路中の伝播光子を介して原子間に長距離型の交換相互作用が生じる，という特徴がある．これらの特性を利用して，超伝導人工原子（量子ビット）に結合している制御ライン上の離れた位置に別の人工原子（ジョセフソン量子フィルタ）を強く結合させることにより，量子ビットの制御ラインへのパーセル崩壊を抑制できることを，我々は以前の研究で理論提案し[Physical Review Applied 13, 014051 (2020)]，また実証した[Nature Communications 11, 3683 (2020)]．
従来のジョセフソン量子フィルタでは，制御ライン上の量子ビットから半波長の位置に量子フィルタを一つだけ結合させる場合に着目していたが，本年度は半波長整数倍の位置に複数の量子フィルタを結合させる場合を考察した．特に，量子フィルタ作製の際には共鳴周波数に10MHz程度のバラつきが避けられないが，量子フィルタの個数を増やすことでバラつきをカバーする可能性に着目した。解析の結果，同じ位置に結合した２つの量子フィルタの共鳴周波数が量子ビットの共鳴周波数から正負が逆で同程度ずれている場合，２つの量子フィルタの合成系が持つ準位が量子ビットと共鳴し，量子ビットの励起がトンネルすることが判明した．つまり共鳴準位に合わせて量子フィルタを設計した場合，複数のフィルタを用いると共鳴周波数の誤差のためにむしろフィルタとしての性能が低下することが起こりうる。よって量子フィルタの周波数が，量子ビットの共鳴周波数をまたがないように設計する必要があることを明らかにした．
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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
本研究では一次元光子場に結合した励起原子群の挙動を量子デバイスへ応用することを目的としているが，それに沿った研究を遂行することができたため．
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| Strategy for Future Research Activity |
超伝導回路ＱＥＤ系（超伝導量子ビットや導波路によって実現される導波路ＱＥＤ系）においては，導波路を分岐したり境界条件をその場制御することが可能であり，より複雑な形状の導波路・共振器を実現することができる．これらに複数の（人工）原子が結合した状況において，新奇現象発現の可能性を探る．
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Report
(2 results)
Research Products
(11 results)
