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長距離量子通信に向けたダイヤモンド量子中継機能素子の開発

研究課題

研究課題/領域番号 17J11473
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
研究機関横浜国立大学

研究代表者

関口 雄平  横浜国立大学, 工学府, 特別研究員(DC1)

研究期間 (年度) 2017-04-26 – 2020-03-31
研究課題ステータス 採択後辞退 (2019年度)
配分額 *注記
2,500千円 (直接経費: 2,500千円)
2019年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
2018年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
2017年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
キーワード量子中継 / 量子メモリー / ダイヤモンドNV中心 / 量子テレポーテーション / 量子状態転写
研究実績の概要

本研究では、ダイヤモンド中の窒素空孔中心(NV中心)の周囲にある多数の同位体炭素(13C天然存在比1%)の核スピンを量子メモリーとし、伝送光子との媒介としてNV中心の電子の縮退部分系を量子ビットとして量子制御に用いて、量子中継機能素子を開発することを目的として研究を行った。課題は大きく次の3つの要素に分けた。1.量子テレポーテーション原理による光子から核スピンへの伝令付き量子メディア変換の達成、2.独自の幾何学スピンエコーを応用した核スピンからなる集積量子メモリーの選択的操作の実現、3.集積メモリーに伝送、保存された状態の決定論的な量子もつれ検出である。
平成30年度は、2.集積メモリーの実現に向け、2個の炭素核スピンと結合したNV中心を用いて伝送光子から核スピン量子メモリーの量子メディア変換の実証に成功し、6個以上の炭素核スピンを選択的に制御する手法を新たに考案してシミュレーションでその実用性を示すことに成功した。また、令和元年度に実施予定であった3.量子もつれ検出に向け、NV中心に付随する窒素核スピンのシングルショット測定を実証し、量子もつれ検出の実現可能性を示した。一方で、当初の計画になかった光子とNV中心に付随する電子の量子もつれ状態生成に成功した。
集積量子メモリー、量子もつれ状態生成の成果は、長距離通信に向けた量子中継器の基盤技術となる。量子メディア変換やもつれ状態生成は伝送光子と量子メモリーをつなぐための中核技術となり、集積量子メモリーは、複数ノード間のもつれ状態を保持することで量子通信路を多様化するだけでなく、ノード間の量子もつれ生成時においてバッファとして機能することで量子通信の高速化に寄与する。

現在までの達成度 (段落)

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

今後の研究の推進方策

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2018 実績報告書
  • 2017 実績報告書
  • 研究成果

    (15件)

すべて 2018 2017 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件、 オープンアクセス 2件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (8件) (うち国際学会 4件) 備考 (3件)

  • [国際共同研究] デルフト工科大学(オランダ)

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [雑誌論文] Universal holonomic single quantum gates over a geometric spin with phase-modulated polarized light2018

    • 著者名/発表者名
      Ishida Naoki、Nakamura Takaaki、Tanaka Touta、Mishima Shota、Kano Hiroki、Kuroiwa Ryota、Sekiguchi Yuhei、Kosaka Hideo
    • 雑誌名

      Optics Letters

      巻: 43 号: 10 ページ: 2380-2380

    • DOI

      10.1364/ol.43.002380

    • NAID

      120006502545

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Universal holonomic quantum gates over geometric spin qubits with polarised microwaves2018

    • 著者名/発表者名
      Nagata Kodai、Kuramitani Kouyou、Sekiguchi Yuhei、Kosaka Hideo
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 9 号: 1 ページ: 3227-3227

    • DOI

      10.1038/s41467-018-05664-w

    • NAID

      120006501251

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Optical holonomic single quantum gates with a geometric spin under with a zero field2017

    • 著者名/発表者名
      Yuhei Sekiguchi, Naeko Niikura, Ryota Kuroiwa, Hiroki Kano and Hideo Kosaka
    • 雑誌名

      Nature Photonics

      巻: 0 号: 5 ページ: 309-314

    • DOI

      10.1038/nphoton.2017.40

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] Quantum entanglement engineering of photon, electron and nuclear spins2018

    • 著者名/発表者名
      関口雄平, 倉見谷航洋、黒岩良太、中村孝秋、加納浩輝、長田昂大、延與梨世、小坂英男
    • 学会等名
      新学術領域「ハイブリッド量子科学」第6回領域会議
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] ダイヤモンドNV中心に備わる炭素量子メモリーの自己誤り訂正ホロノミックデカップリング2018

    • 著者名/発表者名
      関口雄平, 佐藤恒司、中村孝秋、倉見谷航洋、長田昂大、小坂英男
    • 学会等名
      日本物理学会第73回年次大会(2018年)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Optical non-adiabatic geometric rotation with a degenerate spin under a zero field2017

    • 著者名/発表者名
      Yuhei Sekiguchi, Naeko Niikura, Ryota Kuroiwa, Hiroki Kano and Hideo Kosaka
    • 学会等名
      9th International School and Conference on Spintronics and Quantum Information Technology(SpinTECH IX)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Optical geometric manipulation of an electron spin in diamond2017

    • 著者名/発表者名
      Yuhei Sekiguchi, Naeko Niikura, Ryota Kuroiwa, Hiroki Kano and Hideo Kosaka
    • 学会等名
      The 24th Congress of the International Commission for Optics(ICO24)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Optical holonomic quantum gates over an NV spin in diamond2017

    • 著者名/発表者名
      Yuhei Sekiguchi, Naeko Niikura, Ryota Kuroiwa, Hiroki Kano, and Hideo Kosaka
    • 学会等名
      International Symposium on Hybrid Quantum Systems 2017
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] ダイヤモンド縮退電子スピン量子ビットの全光学制御2017

    • 著者名/発表者名
      関口雄平, 黒岩良太、加納浩輝、中村孝秋、石田直輝、延與梨世、今池伸晃、小坂英男
    • 学会等名
      2017年 第78回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] All-optical control of a single spin memory in diamond2017

    • 著者名/発表者名
      Yuhei Sekiguchi, Naeko Niikura, Ryota Kuroiwa, Hiroki Kano, Hideo Kosaka
    • 学会等名
      2nd Workshop for Quantum Repeaters and Networks
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Entangled emission with a degenerate electron in diamond2017

    • 著者名/発表者名
      Yuhei Sekiguchi, Kazuya Tsurumoto, Riyo enyo, Takaaki Nakamura, Hideo Kosaka
    • 学会等名
      CREST「量子状態の高度な制御に基づく革新的量子技術基盤の創出」平成29年度第2回シンポジウム
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [備考]

    • URL

      https://www.ynu.ac.jp/hus/koho/20398/detail.html

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [備考]

    • URL

      https://www.ynu.ac.jp/hus/koho/20655/detail.html

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [備考] 【プレスリリース】世界初!量子集積チップに道を開く光スピン制御の新原理を実証

    • URL

      http://www.ynu.ac.jp/hus/koho/18000/detail.html

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書

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公開日: 2017-05-25   更新日: 2024-03-26  

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