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ダイヤモンド中の単一NV中心による量子系の初期化と量子標準限界を超えた測定の実証

研究課題

研究課題/領域番号 13J04142
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
研究分野 原子・分子・量子エレクトロニクス
研究機関大阪大学

研究代表者

下岡 孝明  大阪大学, 基礎工学研究科, 特別研究員(DC1)

研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2016-03-31
研究課題ステータス 完了 (2015年度)
配分額 *注記
3,300千円 (直接経費: 3,300千円)
2015年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円)
2014年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円)
2013年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円)
キーワード量子情報 / 磁気測定 / 核スピン
研究実績の概要

ノイズの影響を抑えた量子系の確立は微小磁場の検出において非常に重要な意味を持つ。課題の実現へ向け我々は電子スピンと核スピンとの量子ハイブリッド系に着目した。核スピンは外界との相互作用が非常に弱く、電子スピンに比べ桁違いに長い量子状態の保持時間を持つことから量子メモリーとしての役割が期待される。一方で核スピンは外界との相互作用の弱さから量子制御に要する時間(ゲート時間)が非常に長いという課題があった。これに対し我々は、電子スピンの操作性と核スピンの量子メモリーとしての特性を利用した核スピンの高速制御法を理論的に提案している。この手法では電子スピンと核スピンとの量子力学的な相関を利用することで、制御の際に電子スピンが獲得した情報を核スピンへ移すことが可能である。現在投稿中の論文の内容では、この高速制御法による核スピンのゲート時間は原理的には既存の手法に比べ桁違いに短いことを示している。この手法を応用することで、電子スピンを介して微小磁場の信号を核スピンの量子状態に高速で反映させることが可能である。また、現在は上記の理論提案の実証に向けた初期段階の実験について投稿準備中である。

現在までの達成度 (段落)

27年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

27年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(3件)
  • 2015 実績報告書
  • 2014 実績報告書
  • 2013 実績報告書
  • 研究成果

    (14件)

すべて 2016 2015 2014 2013

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (13件) (うち国際学会 3件)

  • [雑誌論文] Control of coherence among a single electron spin and three nearest neighbor 13C nuclear spins of a NV center in diamond2015

    • 著者名/発表者名
      T. Shimo-Oka, H. Kato, S. Yamasaki, S. Miwa, Y. Suzuki, N. Mizuochi
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters

      巻: 106 号: 15 ページ: 153103-153103

    • DOI

      10.1063/1.4917539

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] ダイヤモンド中単一核スピンの電界制御2016

    • 著者名/発表者名
      下岡孝明 鈴木義重 水落憲和
    • 学会等名
      日本物理学会春季大会
    • 発表場所
      東北学院大学泉キャ ンパス(宮城県)
    • 年月日
      2016-03-19
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] Phase manipulation of the single nuclear spin in diamond by electric field2015

    • 著者名/発表者名
      下岡孝明
    • 学会等名
      応用物理学会・量子エレクトロニクス研究会「極限計測の科学と技術」
    • 発表場所
      東京大学山中寮内藤セミナーハウス(山梨県)
    • 年月日
      2015-12-18
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] Fast phase control of the single nuclear spin by electric field2015

    • 著者名/発表者名
      T. Shimo-Oka, T. Mori, Y. Suzuki, N. Mizuochi
    • 学会等名
      International Symposium on Nanoscale Transport and Technology (ISNTT2015)
    • 発表場所
      NTT物性科学基礎研(神奈川県)
    • 年月日
      2015-11-17
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Coherent manipulation of single nuclear spins in diamond by electric field2015

    • 著者名/発表者名
      T. Shimo-Oka
    • 学会等名
      Okinawa School in Physics: Coherent Quantum Dynamics
    • 発表場所
      沖縄科学技術大学院大学(沖縄)
    • 年月日
      2015-09-28
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 電界効果を用いたダイヤモンド中の単一核スピンの量子制御2015

    • 著者名/発表者名
      下岡孝明, 森徹平, 鈴木義茂, 水落憲和
    • 学会等名
      日本物理学会秋季大会
    • 発表場所
      関西大学 千里山キャンパス(大阪府)
    • 年月日
      2015-09-16
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] Fast phase gate of the single nuclear spin in diamond by electric field2015

    • 著者名/発表者名
      T. Shimo-Oka
    • 学会等名
      The 5th Summer school on semiconductor/Superconducting Quantum Coherence effects and Quantum Information
    • 発表場所
      ホテルサンバレー那須(栃木県)
    • 年月日
      2015-09-10
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Phase gate on a single nuclear spin in diamond by electric field2015

    • 著者名/発表者名
      下岡孝明
    • 学会等名
      量子制御技術の発展により拓かれる量子情報の新時代
    • 発表場所
      京都大学吉田キャンパス(京都府)
    • 年月日
      2015-07-13
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] ダイヤモンド中NV中心の電子, 核スピンの電気的制御2015

    • 著者名/発表者名
      下岡孝明, 小林悟士, 鈴木義茂, 水落憲和
    • 学会等名
      第32回量子情報技術研究会 (QIT32)
    • 発表場所
      大阪大学豊中キャンパス(大阪府)
    • 年月日
      2015-05-25
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] ダイヤモンド中のNV中心の核スピンの初期化と核スピンを用いた量子もつれ2014

    • 著者名/発表者名
      森周大, 下岡孝明, 三輪真嗣, 山崎聡, 鈴木義茂, 水落憲和
    • 学会等名
      第69回物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      東海大学(神奈川県平塚市)
    • 年月日
      2014-03-28
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Generation of GHZ states among four-qubit in Diamond at Room Temperature2013

    • 著者名/発表者名
      下岡孝明
    • 学会等名
      Quantum Cybernetics
    • 発表場所
      ハアットリージェンシ(京都府京都市)
    • 年月日
      2013-12-16
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] ダイヤモンド中の単一スピン系を用いた4量子ビット量子もつれ生成2013

    • 著者名/発表者名
      下岡孝明, 松崎雄一郎, 山崎聡 三輪真嗣, 鈴木義茂, 水落憲和
    • 学会等名
      第74回応用物理学会秋季学術講演会・分科企画シンポジウム
    • 発表場所
      同志社大学(京都府京都市)
    • 年月日
      2013-09-17
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Four-Qubit Entanglement Generation in Solid-State Systems2013

    • 著者名/発表者名
      下岡孝明
    • 学会等名
      Quantum Cybernetics
    • 発表場所
      WTC Cconference Center (東京都港区)
    • 年月日
      2013-07-11
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Four-Qubit Entanglement Generation in Solid-State Systems at Room Temperature2013

    • 著者名/発表者名
      下岡孝明
    • 学会等名
      Artificial Atoms : from Quantum Physics to Application
    • 発表場所
      Hungarian Academy of Science (Budanest Hungary)
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書

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公開日: 2014-01-29   更新日: 2024-03-26  

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