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着衣状態エンジニアリングに基づく決定論的量子ゲートの開発

研究課題

研究課題/領域番号 16K05497
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
研究分野 原子・分子・量子エレクトロニクス
研究機関東京医科歯科大学

研究代表者

越野 和樹  東京医科歯科大学, 教養部, 准教授 (90332311)

研究協力者 中村 泰信  
猪股 邦宏  
研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2019-03-31
研究課題ステータス 完了 (2018年度)
配分額 *注記
2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
2018年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2017年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2016年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
キーワード量子状態操作 / マイクロ波量子光学 / 量子情報 / 超伝導回路QED / 着衣状態 / 量子ダイナミクス / 共振器QED / 量子光学 / 量子制御 / 量子計算 / 非相反素子 / 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
研究成果の概要

空間的に離れた量子ビット間にゲート操作を行うことは,分散型量子計算において必須の要素技術である.本研究では,マイクロ波光子と超伝導人工原子の間で動作する,2量子ビットゲートを提案した.本ゲートは,ゲート動作が光子の反射により決定論的に完了する,人工原子に照射するドライブ光によりゲートの種類をその場制御できる,という特長を有する.この原子-光子ゲートを連続的に作用させることで,空間的に離れた超伝導人工原子の間に様々な2量子ゲートをかけることができる.

研究成果の学術的意義や社会的意義

超伝導人工原子は,量子コンピュータ実現の最有力候補と目されているが,多数の人工原子を一か所に集めた集積化回路を用いて行う方法が現在の主流であり,配線の複雑化やそれに伴う漏話(クロストーク)が避けられない.それに相補的なアイディアとして,空間的に離れた量子ビット間を量子力学的に接続する「分散型量子計算」が提案されている.本研究成果は,超伝導人工原子系で分散型量子計算を遂行するための具体的手法を明らかにしたものであり,超伝導量子計算の実現可能性を拡げるものである.

報告書

(4件)
  • 2018 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2017 実施状況報告書
  • 2016 実施状況報告書
  • 研究成果

    (35件)

すべて 2019 2018 2017 2016 その他

すべて 雑誌論文 (5件) (うち国際共著 2件、 査読あり 5件、 オープンアクセス 1件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (26件) (うち国際学会 14件、 招待講演 4件) 備考 (3件) 産業財産権 (1件)

  • [雑誌論文] Nonreciprocal microwave transmission based on Gebhard-Ruckenstein hopping2019

    • 著者名/発表者名
      Masuda Shumpei、Kono Shingo、Suzuki Keishi、Tokunaga Yuuki、Nakamura Yasunobu、Koshino Kazuki
    • 雑誌名

      Physical Review A

      巻: 99 号: 1 ページ: 013816-013833

    • DOI

      10.1103/physreva.99.013816

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Quantum non-demolition detection of an itinerant microwave photon2018

    • 著者名/発表者名
      Kono S.、Koshino K.、Tabuchi Y.、Noguchi A.、Nakamura Y.
    • 雑誌名

      Nature Physics

      巻: - 号: 6 ページ: 546-549

    • DOI

      10.1038/s41567-018-0066-3

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Theory of Deterministic Entanglement Generation between Remote Superconducting Atoms2017

    • 著者名/発表者名
      Koshino K.、Inomata K.、Lin Z.R.、Tokunaga Y.、Yamamoto T.、Nakamura Y.
    • 雑誌名

      Physical Review Applied

      巻: 7 号: 6 ページ: 064006-064006

    • DOI

      10.1103/physrevapplied.7.064006

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Nonclassical Photon Number Distribution in a Superconducting Cavity under a Squeezed Drive2017

    • 著者名/発表者名
      Kono S.、Masuyama Y.、Ishikawa T.、Tabuchi Y.、Yamazaki R.、Usami K.、Koshino K.、Nakamura Y.
    • 雑誌名

      Physical Review Letters

      巻: 119 号: 2 ページ: 023602-023602

    • DOI

      10.1103/physrevlett.119.023602

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Single microwave-photon detector using an artificial Λ-type three-level system2016

    • 著者名/発表者名
      K. Inomata, Z. R. Lin, K. Koshino, W. D. Oliver, J. S. Tsai, T. Yamamoto, and Y. Nakamura
    • 雑誌名

      Nature Commun.

      巻: 7 号: 1

    • DOI

      10.1038/ncomms12303

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [学会発表] Gebhard-Ruckenstein 型ホッピングに基づくマイクロ波サーキュレータの理論2018

    • 著者名/発表者名
      増田俊平,河野信吾,鈴木啓史,徳永裕己,中村泰信,越野 和樹
    • 学会等名
      量子情報技術研究会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Detection of itinerant single microwave photons using superconducting qubits2018

    • 著者名/発表者名
      K. Koshino, K. Inomata, S. Kono, Z. Lin, T. Yamamoto, Y. Nakamura
    • 学会等名
      18th Asian Quantum Information Science Conference
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Theoretical study on microwave circulator based on Gebhard-Ruckenstein hopping2018

    • 著者名/発表者名
      S. Masuda, S. Kono, K. Suzuki, Y. Tokunaga, Y. Nakamura, K. Koshino
    • 学会等名
      18th Asian Quantum Information Science Conference
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Breaking the trade-off between gate and relaxation times of a superconducting qubit with a Josephson quantum filter: Theory2018

    • 著者名/発表者名
      K. Koshino, S. Kono, Y. Tabuchi, A. Noguchi, D. Lachance-Quirion, Y. Nakamura
    • 学会等名
      APS March Meeting
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Breaking the trade-off between gate and relaxation times of a superconducting qubit with a Josephson quantum filter: Experiment2018

    • 著者名/発表者名
      S. Kono, K. Koshino, Y. Tabuchi, A. Noguchi, D. Lachance-Quirion, Y. Nakamura
    • 学会等名
      APS March Meeting
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Real-time detection of an itinerant microwave photon using dressed-state engineering2018

    • 著者名/発表者名
      Z. Lin, S. Masuda, K. Inomata, K. Koshino, T. Yamamoto, Y. Nakamura
    • 学会等名
      APS March Meeting
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Generation of a microwave time-bin qubit with a superconducting qubit2018

    • 著者名/発表者名
      J. Ilves, S. Yamazaki, S. Kono, Y. Sunada, M. Kim, K. Koshino, Y. Nakamura
    • 学会等名
      APS March Meeting
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Theoretical study of nonreciprocal microwave transmission based on Gebhard-Ruckenstein hopping2018

    • 著者名/発表者名
      S. Masuda, S. Kono, K. Suzuki, Y. Tokunaga, Y. Nakamura, K. Koshino
    • 学会等名
      APS March Meeting
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Theoretical study on robust and fast single photon source in circuit QED system based on shortcuts to adiabaticity2018

    • 著者名/発表者名
      増田俊平, 越野和樹
    • 学会等名
      日本物理学会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 超強結合領域にある超伝導磁束量子ビット-コプレーナ共振器結合系での禁制遷移の観測2018

    • 著者名/発表者名
      Z. Ao, 吉原文樹, 布施智子, 金鮮美, S. Ashhab, 角柳孝輔, 齊藤志郎, 設楽智洋, 越野和樹, 青木隆朗, 仙場浩一
    • 学会等名
      日本物理学会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 環境と結合した深強結合領域にある回路QED系の基底状態2018

    • 著者名/発表者名
      設楽智洋, 馬場基彰, 吉原文樹, 布施智子, 仙場浩一, 越野和樹
    • 学会等名
      日本物理学会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Quantum-state transfer between a superconducting qubit and a propagating microwave photon2018

    • 著者名/発表者名
      Zhi-Rong Lin, Kunihiro Inomata, Kazuki Koshino, Shumpei Masuda, Tsuyoshi Yamamoto, and Yasunobu Nakamura
    • 学会等名
      Dynamics in Artificial Quantum Systems (DAQS2018)
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Inversion of qubit energy levels in deep-strongly-coupled qubit-oscillator circuits2018

    • 著者名/発表者名
      F. Yoshihara, T. Fuse, Z. Ao, S. Ashhab, K. Kakuyanagi, S. Saito, T. Aoki, K. Koshino, and K. Semba
    • 学会等名
      Dynamics in Artificial Quantum Systems (DAQS2018)
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Theoretical study of on-chip microwave circulator2018

    • 著者名/発表者名
      増田俊平,河野信吾, 鈴木啓史, 中村泰信,越野和樹
    • 学会等名
      日本物理学会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] Inversions of qubit energy levels in deep-strongly-coupled qubit-oscillator circuits2018

    • 著者名/発表者名
      F. Yoshihara, T. Fuse, Z. Ao, S. Ashhab, K. Kakuyanagi, S. Saito, T. Aoki, K. Koshino, and K. Semba
    • 学会等名
      APS March Meeting 2018
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] Quantum non-demolition detection of an itinerant microwave photon2018

    • 著者名/発表者名
      S. Kono, Y. Tabuchi, A. Noguchi, R. Yamazaki, K. Koshino, Y. Nakamura
    • 学会等名
      APS March Meeting 2018
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] Tunable quantum gate between a superconducting atom and a propagating microwave photon2017

    • 著者名/発表者名
      K. Koshino, K. Inomata, Z. Lin, Y. Tokunaga, T. Yamamoto, Y. Nakamura
    • 学会等名
      APS March Meeting 2017
    • 発表場所
      ニューオリンズ(米国)
    • 年月日
      2017-03-13
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] 離れた超伝導量子ビット間の決定論的量子もつれ生成の理論2017

    • 著者名/発表者名
      越野和樹,猪股邦宏,リンツーロン,徳永裕己,山本剛,中村泰信
    • 学会等名
      量子情報技術研究会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] 離れた超伝導量子ビット間の決定論的量子もつれ生成の理論2017

    • 著者名/発表者名
      越野和樹,猪股邦宏,リンツーロン,徳永裕己,山本剛,中村泰信
    • 学会等名
      日本物理学会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] 鈴木啓史, 河野信吾, 楠山幸一, 越野和樹, J. M. Taylor, 野口篤史, 田渕豊, 中村泰信2017

    • 著者名/発表者名
      ジョセフソン接合の非線形性を利用したマイクロ波非相反回路
    • 学会等名
      日本物理学会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] Tunable quantum gate between a superconducting atom and a propagating microwave photon2017

    • 著者名/発表者名
      K. Koshino, K. Inomata, Z. R. Lin, Y. Tokunaga, T. Yamamoto, Y. Nakamura
    • 学会等名
      International School and Symposium on Nanoscale Transport and phoTonics (ISNTT2017)
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Quantum non-demolition detection of an itinerant microwave photon using an entangling gate with a superconducting qubit2017

    • 著者名/発表者名
      S. Kono, Y. Tabuchi, A. Noguchi, R. Yamazaki, K. Koshino, Y. Nakamura
    • 学会等名
      International School and Symposium on Nanoscale Transport and phoTonics (ISNTT2017)
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Tunable quantum gate between a superconducting atom and a propagating microwave photon2016

    • 著者名/発表者名
      Kazuki Koshino
    • 学会等名
      8th International Workshop on Solid-state quantum computing
    • 発表場所
      台北(台湾)
    • 年月日
      2016-12-12
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Microwave Single-photon Detection Using Impedance-matched Lambda System2016

    • 著者名/発表者名
      Kazuki Koshino
    • 学会等名
      Workshop on Quantum Information Science in Korea
    • 発表場所
      釜山(韓国)
    • 年月日
      2016-11-20
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 連続モードマイクロ波単一光子測定器の理論2016

    • 著者名/発表者名
      越野和樹, Lin Zhirong, 猪股邦宏, 山本剛, 中村泰信
    • 学会等名
      日本物理学会
    • 発表場所
      金沢大学(石川県金沢市)
    • 年月日
      2016-09-13
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] Detection of single microwave photons using impedance-matched Lambda system2016

    • 著者名/発表者名
      Kazuki Koshino
    • 学会等名
      EMN Quantum Meeting 2016
    • 発表場所
      プーケット(タイ)
    • 年月日
      2016-04-08
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [備考] マイクロ波光子を吸収せず検出することに成功 ~マイクロ波単一光子の量子非破壊測定を実現~

    • URL

      https://www.jst.go.jp/pr/announce/20180313/index.html

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [備考] 越野和樹

    • URL

      http://www.tmd.ac.jp/artsci/physics/ikuzak/index.html

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [備考] マイクロ波単一光子の高効率検出を実現(理研)

    • URL

      http://www.riken.jp/pr/press/2016/20160725_1/

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [産業財産権] 非線形マイクロ波フィルタ2018

    • 発明者名
      中村泰信,河野信吾,越野和樹
    • 権利者名
      中村泰信,河野信吾,越野和樹
    • 産業財産権種類
      特許
    • 出願年月日
      2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書

URL: 

公開日: 2016-04-21   更新日: 2020-03-30  

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