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量子状態の高速高精度制御に向けた量子加速理論とその応用

研究課題

研究課題/領域番号 18K03486
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
審査区分 小区分13020:半導体、光物性および原子物理関連
研究機関国立研究開発法人産業技術総合研究所 (2020-2022)
東京医科歯科大学 (2018-2019)

研究代表者

増田 俊平  国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 主任研究員 (90546897)

研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2023-03-31
研究課題ステータス 完了 (2022年度)
配分額 *注記
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2022年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2021年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2020年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2019年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2018年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
キーワード量子制御 / 早送り理論 / STA / 量子ビット / 電子トンネル / 超伝導量子回路 / 加速 / 高速高精度量子制御 / 超伝導量子ドット / 超伝導量子パラメトロン / 超伝導デバイス / マイクロ波光子 / Fast-forward theory / Fast-forward scaling / シリコン量子ドット / 超伝導量子ビット
研究成果の概要

量子コンピューティングなどの量子テクノロジーにはデコヒーレンスの影響を低減するために短い時間で正確に状態を制御する事が求められる。我々は研究期間全体を通して、量子系の高速制御の理論的枠組みを拡張を行った。量子コンピュータの中心的な構成要素である量子ビットへの応用も提案してきた。特に超伝導量子ビットやシリコン量子ビットなどの高速ゲート操作や初期化の理論を構築した。超伝導デバイス上の光共振器を電子トンネルを使って高速で冷却する手法も提案することができた。論文や学会発表を通して成果発表を行った。

研究成果の学術的意義や社会的意義

近年、実用性のある量子コンピュータの実現に向けた研究が盛んに行われている。量子計算にはデコヒーレンスの影響を低減するために短い時間で正確に状態を制御する事が求められる。我々は研究期間全体を通して、量子系の高速制御の理論的枠組みを拡張を行った。特にシリコン量子ビット、超伝導量子ビット、光格子に閉じ込められた冷却原子などの高速ゲート操作や初期化の理論を構築した。超伝導デバイス上の光共振器を高速で冷却する手法も提案できた。この研究を通じて量子系の制御に関する学問の発展と量子コンピューティングなどの量子テクノロジーの発展に貢献できたのではないかと考えている。

報告書

(6件)
  • 2022 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2021 実施状況報告書
  • 2020 実施状況報告書
  • 2019 実施状況報告書
  • 2018 実施状況報告書
  • 研究成果

    (28件)

すべて 2022 2021 2020 2019 2018 その他

すべて 国際共同研究 (7件) 雑誌論文 (13件) (うち国際共著 5件、 査読あり 13件、 オープンアクセス 8件) 学会発表 (8件) (うち国際学会 5件)

  • [国際共同研究] Delft University of Technology(オランダ)

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [国際共同研究] National University of Uzbekistan(ウズベキスタン)

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [国際共同研究] Delft University of Technology(オランダ)

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [国際共同研究] Aalto University/IQM Finland Oy/VTT Technical Research Centre(フィンランド)

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [国際共同研究] Shanghai University(中国)

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [国際共同研究] University of New South Wales(オーストラリア)

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [国際共同研究] Aalto University(フィンランド)

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Fast-forward scaling theory2022

    • 著者名/発表者名
      Masuda S.、Nakamura K.
    • 雑誌名

      Philosophical Transactions of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences

      巻: 380 号: 2239 ページ: 1-15

    • DOI

      10.1098/rsta.2021.0278

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Fast Tunable Coupling Scheme of Kerr Parametric Oscillators Based on Shortcuts to Adiabaticity2022

    • 著者名/発表者名
      Masuda S.、Kanao T.、Goto H.、Matsuzaki Y.、Ishikawa T.、Kawabata S.
    • 雑誌名

      Physical Review Applied

      巻: 18 号: 3 ページ: 034076-034087

    • DOI

      10.1103/physrevapplied.18.034076

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Acceleration and deceleration of quantum dynamics based on inter-trajectory travel with fast-forward scaling theory2022

    • 著者名/発表者名
      Masuda Shumpei、Koenig Jacob、Steele Gary A.
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 12 号: 1

    • DOI

      10.1038/s41598-022-14973-6

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Controls of a superconducting quantum parametron under a strong pump field2021

    • 著者名/発表者名
      Masuda Shumpei、Ishikawa Toyofumi、Matsuzaki Yuichiro、Kawabata Shiro
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 11 号: 1

    • DOI

      10.1038/s41598-021-90874-4

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Theoretical study of reflection spectroscopy for superconducting quantum parametrons2021

    • 著者名/発表者名
      Masuda S、Yamaguchi A、Yamaji T、Yamamoto T、Ishikawa T、Matsuzaki Y、Kawabata S
    • 雑誌名

      New Journal of Physics

      巻: 23 号: 9 ページ: 093023-093023

    • DOI

      10.1088/1367-2630/ac21e1

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Effects of higher levels of qubits on control of qubit protected by a Josephson quantum filter2021

    • 著者名/発表者名
      Masuda Shumpei、Koshino Kazuki
    • 雑誌名

      New Journal of Physics

      巻: 23 号: 1 ページ: 013006-013006

    • DOI

      10.1088/1367-2630/abd809

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Fast parametric two-qubit gates with suppressed residual interaction using the second-order nonlinearity of a cubic transmon2020

    • 著者名/発表者名
      Noguchi Atsushi、Osada Alto、Masuda Shumpei、Kono Shingo、Heya Kentaro、Wolski Samuel Piotr、Takahashi Hiroki、Sugiyama Takanori、Lachance-Quirion Dany、Nakamura Yasunobu
    • 雑誌名

      Physical Review A

      巻: 102 号: 6 ページ: 062408-062418

    • DOI

      10.1103/physreva.102.062408

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Theoretical Study on Spin-Selective Coherent Electron Transfer in a Quantum Dot Array2020

    • 著者名/発表者名
      Shumpei Masuda, Kuan Yen Tan, Mikio Nakahara
    • 雑誌名

      Universe

      巻: 6 号: 1 ページ: 2-19

    • DOI

      10.3390/universe6010002

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Calibration of cryogenic amplification chains using normal-metal?insulator?superconductor junctions2019

    • 著者名/発表者名
      Hyyppa; E.、Jenei M.、Masuda S.、Sevriuk V.、Tan K. Y.、Silveri M.、Goetz J.、Partanen M.、Lake R. E.、Gronberg L.、Mottonen M.
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters

      巻: 114 号: 19 ページ: 192603-192607

    • DOI

      10.1063/1.5096262

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Fast control of dissipation in a superconducting resonator2019

    • 著者名/発表者名
      Sevriuk V. A.、Tan K. Y.、Hyyppa E.、Silveri M.、Partanen M.、Jenei M.、Masuda S.、Goetz J.、Vesterinen V.、Gronberg L.、Mottonen M.
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters

      巻: 115 号: 8 ページ: 082601-082604

    • DOI

      10.1063/1.5116659

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Broadband Lamb shift in an engineered quantum system2019

    • 著者名/発表者名
      Silveri Matti、Masuda Shumpei、Sevriuk Vasilii、Tan Kuan Y.、Jenei Mate、Hyyppa Eric、Hassler Fabian、Partanen Matti、Goetz Jan、Lake Russell E.、Gronberg Leif、Mottonen Mikko
    • 雑誌名

      Nature Physics

      巻: 15 号: 6 ページ: 533-537

    • DOI

      10.1038/s41567-019-0449-0

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [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 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Flux-tunable heat sink for quantum electric circuits2018

    • 著者名/発表者名
      Partanen M.、Tan K. Y.、Masuda S.、Govenius J.、Lake R. E.、Jenei M.、Gronberg L.、Hassel J.、Simbierowicz S.、Vesterinen V.、Tuorila J.、Ala-Nissila T.、Mottonen M.
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 8 号: 1 ページ: 6325-6333

    • DOI

      10.1038/s41598-018-24449-1

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Fast tunable coupling scheme of Kerr parametric oscillators using shortcuts to adiabaticity2022

    • 著者名/発表者名
      Shumpei Masuda, Taro Kanao, Hayato Goto, Yuichiro Matsuzaki, Toyofumi Ishikawa, Shiro Kawabata
    • 学会等名
      APS March Meeting 2023
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Acceleration and deceleration of quantum dynamics and shortcuts to adiabaticity based on inter-trajectory travel with fast-forward scaling theory2022

    • 著者名/発表者名
      Shumpei Masuda, Jacob Koenig, Gary Steele
    • 学会等名
      APS March Meeting 2022
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Theoretical study of reflection spectroscopy for superconducting quantum parametrons2022

    • 著者名/発表者名
      Shumpei Masuda, Aiko Yamaguchi, Tomohiro Yamaji, Tsuyoshi Yamamoto, Toyofumi Ishikawa, Yuichiro Matsuzaki, Shiro Kawabata
    • 学会等名
      APS March Meeting 2022
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Influence of a strong pump field on controls of superconducting quantum parametrons2021

    • 著者名/発表者名
      Shumpei Masuda, Toyofumi Ishikawa, Yuichiro Matsuzaki, Shiro Kawabata
    • 学会等名
      APS March Meeting 2021
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Theoretical study of on-chip single microwave photon source based on adiabatic population transfer and shortcuts to adiabaticity2019

    • 著者名/発表者名
      Shumpei Masuda and Kazuki Koshino
    • 学会等名
      SQ20th
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 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 adiabaticity2019

    • 著者名/発表者名
      増田俊平、越野和樹
    • 学会等名
      2019 年日本物理学会年次大会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] Theoretical study of nonreciprocal microwave transmission based on Gebhard-Ruckenstein hopping2019

    • 著者名/発表者名
      増田俊平、河野信吾、鈴木啓示、中村泰信、越野和樹
    • 学会等名
      APS march meeting
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] Theoretical study of on-chip nonreciprocal microwave transmission2018

    • 著者名/発表者名
      S. Masuda, S. Kono, K. Suzuki, Y. Nakamura, K. Koshino
    • 学会等名
      International Conference on challenges in Quantum Information Science, NII
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書

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公開日: 2018-04-23   更新日: 2024-01-30  

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