超伝導量子ビットと光の間の量子インターフェイスの実現

• 研究課題/領域番号: 15H05461
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 原子・分子・量子エレクトロニクス
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 宇佐見 康二 東京大学, 先端科学技術研究センター, 准教授 (90500116)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 24,310千円 (直接経費: 18,700千円、間接経費: 5,610千円); 2017年度: 4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円); 2016年度: 4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円); 2015年度: 15,210千円 (直接経費: 11,700千円、間接経費: 3,510千円)
• キーワード: 量子光学 / 磁性物理学 / 量子インターフェイス / 強磁性体 / 量子エレクトロニクス

研究成果の概要

本研究では、冷却原子で実現された常磁性スピン集団やナノメカニクスと光やマイクロ波等の電磁波との相互作用の研究を有機的・建設的に融合し、磁気秩序を持った強磁性スピン系を用いてマイクロ波－光変換を実現することを目指した。成果としては、1) マイクロ波から光へのコヒーレントな双方向変換を球状強磁性体中の静磁波モードに励起するマグノンを媒介として実現、2) 静磁波モードと光間の相互作用を増強するために光共振器を使う共振器オプトマグノニクスという分野の創始、3)共振器オプトマグノニクスの枠組みでブリルアン散乱を介した光子とマグノンの間の非相反な相互作用の起源の解明、の３つが挙げらる。

研究成果

• [雑誌論文] Brillouin Light Scattering by Magnetic Quasivortices in Cavity Optomagnonics (2018)
  • 著者名/発表者名: Osada A.、Gloppe A.、Hisatomi R.、Noguchi A.、Yamazaki R.、Nomura M.、Nakamura Y.、Usami K.
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 120 号: 13 ページ: 133602-133602
  • DOI: 10.1103/physrevlett.120.133602
  • 査読あり
• [雑誌論文] Cavity optomagnonics with spin-orbit coupled photons (2016)
  • 著者名/発表者名: A. Osada, R. Hisatomi, A. Noguchi, Y. Tabuchi, R. Yamazaki, K. Usami, M. Sadgrove, R. Yalla, M. Nomura, and Y. Nakamura
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett. 巻: 116 号: 22 ページ: 223601-223601
  • DOI: 10.1103/physrevlett.116.223601
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Bidirectional conversion between microwave and light via ferromagnetic magnons (2016)
  • 著者名/発表者名: R. Hisatomi, A. Osada, Y. Tabuchi, T. Ishikawa, A. Noguchi, R. Yamazaki, K. Usami, and Y. Nakamura
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 93 号: 17 ページ: 174427-174427
  • DOI: 10.1103/physrevb.93.174427
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Coherent coupling between a ferromagnetic magnon and a superconducting qubit (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Tabuchi, S. Ishino, A. Noguchi, T. Ishikawa, R. Yamazaki, K. Usami, and Y. Nakamura
  • 雑誌名: Science 巻: 349 号: 6246 ページ: 405-408
  • DOI: 10.1126/science.aaa3693
  • NAID: 40020891793
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] Caivty opto-magnonics with ferromagnetic spheres (2018)
  • 著者名/発表者名: Koji Usami
  • 学会等名: 43rd Reimei/GP-Spin/ICC-IMR International Workshop "New Excitations in Spintronics"
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] マグノンブリルアン散乱のヘテロダイン分光法による局在モードイメージング (2018)
  • 著者名/発表者名: 馬場翔太郎, 久富隆佑, 中田陽介, 宇佐見康二, 中村泰信
  • 学会等名: 日本物理学会
• [学会発表] 強磁性体球における軌道角運動量を持つ光と静磁波モードの相互作用の研究 (2017)
  • 著者名/発表者名: 長田有登, Arnaud Gloppe, 久富隆佑, 野口篤史, 山崎歴舟, 野村政宏, 宇佐見康二, 中村泰信
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 大阪大学（大阪）
  • 年月日: 2017-03-17
• [学会発表] Cavity optomagnonics with spherical magnets (2017)
  • 著者名/発表者名: Koji Usami
  • 学会等名: Workshop Optomagnonics 2017
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] (Tutorial) Bridge over troubled gap between spins and light (2017)
  • 著者名/発表者名: Koji Usami
  • 学会等名: The 5th CEMS Topical Research Camp on 'Photon & Material'
  • 招待講演
• [学会発表] Cavity optomagnonics with spherical magnets (2017)
  • 著者名/発表者名: Koji Usami
  • 学会等名: Impurity Spins for Quantum Information and Technologies
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 磁気双極子 双極子相互作用をしている強磁性体絶縁体とアルカリ原子気体のマイクロ波 光分光 (2017)
  • 著者名/発表者名: 森亮介, 久富隆佑, 佐藤健次, 宇佐見康二, 中村泰信, 関口直太, 畠山温, 井口亮, 齊藤英治
  • 学会等名: 日本物理学会
• [学会発表] Spherical cavity optomagnonics with high-order magnetostatic modes (2017)
  • 著者名/発表者名: Arnaud Gloppe, Alto Osada, Ryusuke Hisatomi, Yosuke Nakata, Koji Usami, Yasunobu Nakamura
  • 学会等名: 日本物理学会
• [学会発表] 共振器オプトマグノニクス (2017)
  • 著者名/発表者名: 宇佐見康二
  • 学会等名: 豊田理研ワークショップ 「スピン秩序の動的光制御」
  • 招待講演
• [学会発表] Opto-magnonics with Yttrium Iron Garnet (2017)
  • 著者名/発表者名: Koji Usami
  • 学会等名: 62nd Annual Conference on Magnetism and Magnetic Materials (MMM 2017)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 強磁性体と結合した超伝導量子ビットのマグノン真空誘起ラビ振動 (2016)
  • 著者名/発表者名: 田渕豊, 石野誠一郎, 野口篤史, 石川豊史, 山崎歴舟, 宇佐見康二, 中村泰信
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 東北学院大学（宮城県）
  • 年月日: 2016-03-19
• [学会発表] 強磁性体中のマグノン数に依存した超伝導量子ビットの周波数シフトの観測 (2016)
  • 著者名/発表者名: 石野誠一郎, Dany Lachance-Quirion, 田渕豊, 野口篤史, 石川豊史, 山崎歴舟, 宇佐見康二, 中村泰信
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 東北学院大学（宮城県）
  • 年月日: 2016-03-19
• [学会発表] 磁性体球形光共振器における共振器オプトマグノニクス (2015)
  • 著者名/発表者名: 長田有登, 久富隆佑, 野口篤史, 田渕豊, 山崎歴舟, M. Sadgrove, R. Yalla, 野村政宏, 宇佐見康二, 中村泰信
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 関西大（大阪府）
  • 年月日: 2015-09-16
• [学会発表] 強磁性体を用いた光-マイクロ波双方向変換 (2015)
  • 著者名/発表者名: 久富隆佑, 長田有登, 石野誠一郎, 野口篤史, 田渕豊, 石川豊史, 山崎歴舟, 宇佐見康二, 中村泰信
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 関西大（大阪府）
  • 年月日: 2015-09-16