ハイブリッド系を用いた量子計測学

• 研究課題/領域番号: 15K17732
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 原子・分子・量子エレクトロニクス
• 研究機関: 日本電信電話株式会社NTT物性科学基礎研究所
• 研究代表者: 松崎 雄一郎 日本電信電話株式会社NTT物性科学基礎研究所, 量子電子物性研究部, 研究主任 (10618911)
• 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: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2017年度: 260千円 (直接経費: 200千円、間接経費: 60千円); 2016年度: 260千円 (直接経費: 200千円、間接経費: 60千円); 2015年度: 3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円)
• キーワード: 量子センサ / 量子計測 / ハイブリッド化 / NV中心 / 超伝導量子回路 / 磁場センサ / 量子情報 / 量子ゼノン / エンタングルメント

研究成果の概要

ハイブリッド量子系を用いた量子計測について、理論的な解析を行った。特に、超伝導量子回路、電子スピン、核スピンを組み合わせることで、高感度なセンシングを行えることを理論的に示した。特に、絡み合いなどの量子性がいかに古典限界を超える際に、重要な役割を果たすかを明らかにした。。また実験家と共同研究することで、実験実証までの道筋をつけて、いくつかのアイデアは実際に実験で成果を得ることに成功した。これらの成果は、ただ高感度なセンシングの実証に役立つだけでなく、量子計算や量子中継といったより高次のアプリケーションに向けたマイルストーンとしての役割も果たす。その点で、極めて重要な成果だということができる。

研究成果

• [国際共同研究] Technische Universitat Dortmund(Germany)
• [雑誌論文] Quantum Metrology beyond the Classical Limit under the Effect of Dephasing (2018)
  • 著者名/発表者名: Matsuzaki Yuichiro、Benjamin Simon、Nakayama Shojun、Saito Shiro、Munro William J.
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 120 号: 14 ページ: 1-4
  • DOI: 10.1103/physrevlett.120.140501
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Engineered noisy environment for studying decoherence (2017)
  • 著者名/発表者名: Ai Iwakura, Yuichiro Matsuzaki, and Yasushi Kondo
  • 雑誌名: Physical Review A 巻: 96 号: 3 ページ: 32303-32303
  • DOI: 10.1103/physreva.96.032303
  • 査読あり
• [雑誌論文] Vector-magnetic-field sensing via multifrequency control of nitrogen-vacancy centers in diamond (2017)
  • 著者名/発表者名: Sayaka Kitazawa, Yuichiro Matsuzaki, Soya Saijo, Kosuke Kakuyanagi, Shiro Saito, and Junko Ishi-Hayase
  • 雑誌名: Physical Review A 巻: 96 号: 4 ページ: 42115-42115
  • DOI: 10.1103/physreva.96.042115
  • 査読あり
• [雑誌論文] Projective measurement of energy on an ensemble of qubits with unknown frequencies (2017)
  • 著者名/発表者名: Yuichiro Matsuzaki, Shojun Nakayama, Akihito Soeda, Shiro Saito, and Mio Murao
  • 雑誌名: Physical Review A 巻: 95 号: 6 ページ: 062106-062106
  • DOI: 10.1103/physreva.95.062106
  • 査読あり
• [雑誌論文] Magnetic-field sensing with quantum error detection under the effect of energy relaxation (2017)
  • 著者名/発表者名: Yuichiro Matsuzaki and Simon Benjamin
  • 雑誌名: Phys. Rev. A 巻: 95 号: 3 ページ: 032303-032303
  • DOI: 10.1103/physreva.95.032303
  • NAID: 130007510877
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Superradiance with an ensemble of superconducting flux qubits (2016)
  • 著者名/発表者名: Neill Lambert, Yuichiro Matsuzaki, Kosuke Kakuyanagi, Natsuko Ishida, Shiro Saito, and Franco Nori
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 94 号: 22 ページ: 224510-224510
  • DOI: 10.1103/physrevb.94.224510
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Hybrid quantum magnetic field sensor with an electron spin and a nuclear spin in diamond (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Matsuzaki, T. Shimo-Oka, H. Tanaka, Y. Tokura, K. Semba, N. Mizuochi
  • 雑誌名: Physical Review A 巻: 94 号: 5 ページ: 052330-052330
  • DOI: 10.1103/physreva.94.052330
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Observation of Collective Coupling between an Engineered Ensemble of Macroscopic Artificial Atoms and a Superconducting Resonator (2016)
  • 著者名/発表者名: Kosuke Kakuyanagi, Yuichiro Matsuzaki, Corentin Déprez, Hiraku Toida, Kouichi Semba, Hiroshi Yamaguchi, William J. Munro, and Shiro Saito
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett. 巻: 117 号: 21 ページ: 210503-210503
  • DOI: 10.1103/physrevlett.117.210503
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] A strict experimental test of macroscopic realism in a superconducting flux qubit (2016)
  • 著者名/発表者名: George C. Knee, Kosuke Kakuyanagi, Mao-Chuang Yeh, Yuichiro Matsuzaki, Hiraku Toida, Hiroshi Yamaguchi, Shiro Saito, Anthony J. Leggett, and William J. Munro
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 7 号: 1 ページ: 13253-13253
  • DOI: 10.1038/ncomms13253
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Characterization and control of measurement induced dephasing on superconducting flux qubit with a Josephson bifurcation (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Kakuyanagi, Y. Matsuzaki, T. Baba, H. Nakano, S. Saito, and K. Semba
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 85 号: 10 ページ: 104801-104801
  • DOI: 10.7566/jpsj.85.104801
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] A hybrid-systems approach to spin squeezing using a highly dissipative ancillary system (2016)
  • 著者名/発表者名: Shane Dooley, Emi Yukawa, Yuichiro Matsuzaki, George C. Knee, William J. Munro, and Kae Nemoto
  • 雑誌名: New Journal of Physics 巻: 18 号: 5 ページ: 053011-053011
  • DOI: 10.1088/1367-2630/18/5/053011
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Optically detected magnetic resonance of high-density ensemble of NV centers in diamond (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Matsuzaki, H. Morishita, T. Tashima, K. Kakuyanagi, K. Semba, W. J. Munro, H. Yamaguchi, N. Mizuochi, S. Saito
  • 雑誌名: Journal of Physics: Condensed Matter 巻: 28 号: 27 ページ: 1-8
  • DOI: 10.1088/0953-8984/28/27/275302
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 標準量子限界を超える高感度磁場センサに向けて (2016)
  • 著者名/発表者名: 松崎 雄一郎
  • 雑誌名: 日本物理学会誌十一月号 巻: 71 ページ: 757-761
  • NAID: 130005901242
• [雑誌論文] ダイヤモンドNV中心における電界によるスピンコヒーレンス時間の長時間化 (2016)
  • 著者名/発表者名: 小林 悟士，森下 弘樹，松崎 雄一郎，三輪 真嗣，鈴木 義茂， 水落 憲和
  • 雑誌名: 会誌 NEW DIAMOND 第122号Vol.32 No.3 巻: 122 ページ: 11-15
• [雑誌論文] Using the quantum Zeno effect for suppression of decoherence (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Kondo, Y. Matsuzaki, K. Matsushima, and J. G. Filgueiras
  • 雑誌名: New J. Phys. 巻: 18 号: 1 ページ: 013033-013033
  • DOI: 10.1088/1367-2630/18/1/013033
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Electron paramagnetic resonance spectroscopy using a direct current-SQUID magnetometer directly coupled to an electron spin ensemble (2016)
  • 著者名/発表者名: H. Toida, Y. Matsuzaki, K. Kakuyanagi, X. Zhu, W. J. Munro, K. Nemoto, H. Yamaguchi and S. Saito
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett. 巻: 108 号: 5 ページ: 052601-052601
  • DOI: 10.1063/1.4940978
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Proposed Robust Entanglement-Based Magnetic Field Sensor Beyond the Standard Quantum Limit (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Tanaka, P. Knott, Y. Matsuzaki, S. Dooley, H. Yamaguchi, W. J. Munro, and S. Saito
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett. 巻: 115 号: 17 ページ: 170801-170801
  • DOI: 10.1103/physrevlett.115.170801
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Quantum Zeno Effect in an Unstable System with NMR (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Matsuzaki, and H. Tanaka
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn. 巻: 84 号: 1 ページ: 103001-103001
  • DOI: 10.7566/jpsj.85.014001
  • NAID: 40020699782
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Spin Amplification in an Inhomogeneous System (2015)
  • 著者名/発表者名: Suguru Endo, Yuichiro Matsuzaki, William J. Munro, Tatsuhiko Koike, and Shiro Saito
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn. 巻: 84 号: 10 ページ: 103001-103001
  • DOI: 10.7566/jpsj.84.103001
  • NAID: 40020614882
  • オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Parity measurement of remote qubits using dispersive coupling and photodetection (2015)
  • 著者名/発表者名: J. Govenius, Y. Matsuzaki, I. G. Savenko, and M. Mottonen
  • 雑誌名: Phys. Rev. A 巻: 92 号: 4 ページ: 042305-042305
  • DOI: 10.1103/physreva.92.042305
  • 査読あり
• [雑誌論文] Observation of quantum Zeno effect in a superconducting flux qubit (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Kakuyanagi, T. Baba, Y. Matsuzaki, H. Nakano, S. Saito, and K. Semba
  • 雑誌名: New Journal of Physics, 17 (6), 063035 (2015). 巻: 17 号: 6 ページ: 063035-063035
  • DOI: 10.1088/1367-2630/17/6/063035
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Analysis of the spectroscopy of a hybrid system composed of a superconducting flux qubit and diamond NV- centers (2015)
  • 著者名/発表者名: H. Cai, Y. Matsuzaki, K. Kakuyanagi, H. Toida, X. Zhu, N. Mizuochi, K. Nemoto, K. Semba, W. J. Munro, S. Saito, and H. Yamaguchi
  • 雑誌名: J. Phys: Condens. Matter 巻: 27 号: 34 ページ: 345702-345702
  • DOI: 10.1088/0953-8984/27/34/345702
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Improving the lifetime of the nitrogen-vacancy-center ensemble coupled with a superconducting flux qubit by applying magnetic fields (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Matsuzaki, X. Zhu, K. Kakuyanagi, H. Toida, T. Shimo-Oka, N. Mizuochi, K. Nemoto, K. Semba, W. J. Munro, H. Yamaguchi, and S. Saito
  • 雑誌名: Phys. Rev. A 巻: 91 号: 4 ページ: 042329-042329
  • DOI: 10.1103/physreva.91.042329
  • 査読あり
• [学会発表] Magnetic-field sensing with quantum error detection under the effect of energy relaxation (2017)
  • 著者名/発表者名: Yuichiro Matsuzaki
  • 学会等名: International Workshop on Quantum Information, Quantum Computing and Quantum Control
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] エネルギー緩和下における量子誤り検知を用いた磁場センサ (2017)
  • 著者名/発表者名: 松崎雄一郎, Simon Benjamin
  • 学会等名: 日本物理学会
• [学会発表] Observation of Collective Coupling between an Engineered Ensemble of Macroscopic Artificial Atoms and a Superconducting Resonator (2017)
  • 著者名/発表者名: Yuichiro Matsuzaki, Kosuke Kakuyanagi, Corentin Deprez, Hiraku Toida, Kouichi Semba, Hiroshi Yamaguchi, William J. Munro, and Shiro Saito
  • 学会等名: IWQD 2017
  • 発表場所: 国立情報学研究所(東京都千代田区)
  • 国際学会
• [学会発表] 標準量子限界を超えた磁場計測法の理論的研究 (2017)
  • 著者名/発表者名: 松崎 雄一郎
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 大阪大学（大阪府豊中市）
  • 招待講演
• [学会発表] 未知の共鳴周波数を持った量子ビット集団に対するエネルギー射影測定 (2017)
  • 著者名/発表者名: 松崎雄一郎, 仲山将順, 添田彬仁, 村尾美緒, 斎藤志郎
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 大阪大学（大阪府豊中市）
• [学会発表] 光検出磁気共鳴によるダイヤモンドＮＶ中心集合体の特性評価 (2017)
  • 著者名/発表者名: 松崎 雄一郎, 森下 弘樹, 下岡 孝明, 田嶌 俊之,角柳 孝輔, 仙場 浩一, William Munro, 山口 浩司,水落 憲和, 齊藤 志郎
  • 学会等名: 応用物理学会
  • 発表場所: 横浜パシフィコ（神奈川県横浜市）
• [学会発表] 超伝導量子ビット集団とマイクロ波キャビティのコヒーレントな結合 (2016)
  • 著者名/発表者名: 松崎 雄一郎、角柳 孝輔、コランタン デプレ、ネイル ランバート、石田夏子、樋田 啓、仙場 浩一、ウィリアム ムンロ、山口 浩司、 斎藤 志郎
  • 学会等名: 応用物理学会春季講演会
  • 発表場所: 東京工業大学
  • 年月日: 2016-03-22
• [学会発表] 不安定系との結合によるコヒーレンス時間の改善 (2015)
  • 著者名/発表者名: 松崎雄一郎, Xiaobo Zhu, 角柳孝輔, 樋田 啓, 下岡孝明, 水落憲和, 根本香絵, 仙場浩一, W. J. Munro, 山口浩司 , 齊藤志郎
  • 学会等名: 量子情報技術研究会
  • 発表場所: ＮＴＴ物性科学基礎研究所
  • 年月日: 2015-11-24
• [学会発表] Improving the coherence time of a quantum system via a coupling with an unstable system (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Matsuzaki, X. Zhu, K. Kakuyanagi, H. Toida, T. Shimooka, N. Mizuochi, K. Nemoto, K. Semba, W. J. Munro, H. Yamaguchi, and S. Saito
  • 学会等名: ISNTT2015
  • 発表場所: ＮＴＴ物性科学基礎研究所
  • 年月日: 2015-11-20
  • 国際学会
• [学会発表] hybrid quantum metrology (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Matsuzaki
  • 学会等名: IWQD Camp for Young Researchers
  • 発表場所: 広島大学
  • 年月日: 2015-10-08
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 超伝導磁束量子ビットとマイクロ波キャビティを用いた超強結合の実現にむけて（理論） (2015)
  • 著者名/発表者名: 松崎雄一郎，角柳孝輔，ネイルランバート，石田夏子，樋田啓，ウィリアムムンロ，仙場浩一，山口浩司，齋藤志郎
  • 学会等名: 日本物理学会秋季大会
  • 発表場所: 関西大学
  • 年月日: 2015-09-18
• [学会発表] Quantum sensing basics (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Matsuzaki
  • 学会等名: Diamond Quantum Sensing Workshop 2015
  • 発表場所: 高松
  • 年月日: 2015-08-05
  • 国際学会 / 招待講演
• [図書] Principles and Methods of Quantum Information Technologies, Superconductor-Diamond Hybrid Quantum System (2016)
  • 著者名/発表者名: Kouichi Semba, Fumiki Yoshihara, Jan E. S. Johansson, Xiaobo Zhu, Norikazu Mizuochi, William J. Munro, Shiro Saito, Kosuke Kakuyanagi, and Yuichiro Matsuzaki
  • 総ページ数: 24
  • 出版者: Springer