量子情報通信・計算のための固体中における多量子ビット単一常磁性発光中心の研究

• 研究課題/領域番号: 20760006
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 応用物性・結晶工学
• 研究機関: 筑波大学
• 研究代表者: 水落 憲和 筑波大学, 大学院・図書館情報メディア研究科, 講師 (00323311)
• 研究期間 (年度): 2008 – 2009
• 研究課題ステータス: 完了 (2009年度)
• 配分額: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円); 2009年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2008年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円)
• キーワード: 量子通信 / 量子コンピューティング / スピントロニクス / 量子情報 / ダイヤモンド / 単一スピン / NV中心 / 量子もつれ / 核スピン / 13C / コヒーレンス

研究概要

量子暗号通信・計算のための量子ネットワークの構築には、光アクセスビリティーを持つ数量子ビットの固体素子の開発が重要である。近年、ダイヤモンド中の単一NV中心の優れた特性が注目されている。本研究では核スピンを持つ同位体炭素<13>^Cの量を制御した合成ダイヤモンドを用い、単一NV中心において4量子ビットまでの系を初めて見出し、また、固体中の電子スピンの室温における最長のコヒーレンス時間(T_2)を実現した。

研究成果

• [雑誌論文] ダイヤモンド中のNV中心の単一スピンコヒーレンス制御 (2010)
  • 著者名/発表者名: 水落憲和
  • 雑誌名: 固体物理 45 ページ: 27-36
  • NAID: 40016973402
• [雑誌論文] ダイヤモンド中の単一スピン制御 (2010)
  • 著者名/発表者名: 水落憲和
  • 雑誌名: 電子スピンサイエンス 8 ページ: 30-35
• [雑誌論文] Coherence of single spins coupled to a nuclear spin bath of varying density (2009)
  • 著者名/発表者名: N. Mizuochi, P. Neumann, F. Rempp, J. Beck, V. Jacques, P. Siyushev, K. Nakamura, D. Twitchen, H. Watanabe, S. Yamasaki, F. Jelezko, J. Wrachtrup
  • 雑誌名: Physical Review B Vol.80(Editors' suggestion)
  • NAID: 120007131522
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ultralong spin coherence time in isotopically engineered diamond (2009)
  • 著者名/発表者名: G. Balasubramanian, P. Neumann, D. Twitchen, M. Markham, R. Kolesov, N. Mizuochi, J. Isoya, J. Achard, J. Beck, J. Tissler, V. Jacques, F. Jelezko, J. Wrachtrup
  • 雑誌名: Nature materials Vol.8 ページ: 383-387
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electrical properties of a B doped layer in diamond formed by hot B implantation and high-temperature annealing (2009)
  • 著者名/発表者名: N. Tsubouchi, M. Ogura, N. Mizuochi, H. Watanabe
  • 雑誌名: Diamond and Related Materials Vol.18 ページ: 128-131
  • 査読あり
• [雑誌論文] Coherence of single spins coupled to a nuclear spin bath of varying density (2009)
  • 著者名/発表者名: 水落憲和, et al.
  • 雑誌名: Physical Review B 80
  • NAID: 120007131522
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electrical properties of a B doped layer in diamond formed by hot B implantation and high-temperature annealing (2009)
  • 著者名/発表者名: N.Tsubouchi, et al.
  • 雑誌名: Diamond and Related Materials 18 ページ: 128-131
  • 査読あり
• [雑誌論文] ダイヤモンド中の単一NV中心を用いた量子情報処理 (2009)
  • 著者名/発表者名: 水落憲和
  • 雑誌名: 日本物理学会誌 64 ページ: 910-918
• [雑誌論文] Multipartite Entanglement Among Single Spins in Diamond (2008)
  • 著者名/発表者名: P. Neumann*, N. Mizuochi*, F. Rempp, P. Hemmer, H. Watanabe, S. Yamasaki, V. Jacques, T. Gaebel, F. Jelezko, J. Wrachtrup
  • 雑誌名: Science Vol.320,no.5881 ページ: 1326-1329
  • 査読あり
• [雑誌論文] Multipartite Entanglement Among. Single Spins in Diamond (2008)
  • 著者名/発表者名: P. Neumann, et.al.
  • 雑誌名: Science 320 ページ: 1326-1329
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ultralong spin coherence time in isotopically engineered diam and (2008)
  • 著者名/発表者名: G. Balasubramanian et.al.
  • 雑誌名: Nature materials 8 ページ: 383-397
  • 査読あり
• [学会発表] 同位体制御したダイヤモンドにおけるスピンコヒーレンスの研究 (2010)
  • 著者名/発表者名: 水落憲和
  • 学会等名: 日本物理学会第65回年次大会
  • 発表場所: 岡山大学
  • 年月日: 2010-03-21
• [学会発表] 同位体制御したダイヤモンドにおけるスピンコヒーレンスの研究 (2010)
  • 著者名/発表者名: 水落憲和
  • 学会等名: 日本物理学会第65回年次大会
  • 発表場所: 岡山大学(岡山県)
  • 年月日: 2010-03-21
• [学会発表] グラファイト及びダイヤモンド上強磁性金属薄膜成長の観察 (2010)
  • 著者名/発表者名: 吉國翔太, 関剛斎, 新庄輝也, 鈴木義茂, 白石誠司, 水落憲和, 山崎聡
  • 学会等名: 第57回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 東海大学
  • 年月日: 2010-03-18
• [学会発表] グラファイト及びダイヤモンド上強磁性金属薄膜成長の観察 (2010)
  • 著者名/発表者名: 吉國翔太, 他
  • 学会等名: 第57回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 東海大学(神奈川県)
  • 年月日: 2010-03-18
• [学会発表] ダイヤモンド中のスピンを用いた量子情報固体素子 (2009)
  • 著者名/発表者名: 水落憲和
  • 学会等名: 電子情報技術産業協議会(JEITA)スピントロニクス分科会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2009-12-17
• [学会発表] 単一NV中心における同位体炭素(13C, 12C)を用いた量子情報研究 (2009)
  • 著者名/発表者名: 水落憲和, P. Neumann, R. Florian, 中村和郎, 渡辺幸志, 山崎聡, F. Jelezko, J. Wrachtrup
  • 学会等名: 第23回ダイヤモンドシンポジウム
  • 発表場所: 千葉工業大学
  • 年月日: 2009-11-18
• [学会発表] 単一NV中心における同位体炭素(^<13>C, ^<12>C)を用いた量子情報研究 (2009)
  • 著者名/発表者名: 水落憲和, 他
  • 学会等名: 第23回ダイヤモンドシンポジウム
  • 発表場所: 千葉工業大学(千葉県)
  • 年月日: 2009-11-18
• [学会発表] ダイヤモンド中の単一NV中心における多量子ビット化と単一スピンコヒーレンス制御 (2009)
  • 著者名/発表者名: 水落憲和, P. Neumann, R. Florian, 中村和郎, 渡辺幸志, 山崎聡, F. Jelezko, J. Wrachtrup
  • 学会等名: 第48回電子スピンサイエンス学会年会
  • 発表場所: 神戸大学
  • 年月日: 2009-11-11
• [学会発表] ダイヤモンド中の単一NV中心における多量子ビット化と単一スピンコヒーレンス制御 (2009)
  • 著者名/発表者名: 水落憲和
  • 学会等名: 第48回電子スピンサイエンス学会年会
  • 発表場所: 神戸大学(兵庫県)
  • 年月日: 2009-11-11
• [学会発表] ダイヤモンド中の単一NV中心～室温での単一光子発生と単一スピン操作 (2009)
  • 著者名/発表者名: 水落憲和
  • 学会等名: 第5回量子ナノ材料セミナー
  • 発表場所: 埼玉大学
  • 年月日: 2009-07-29
• [学会発表] ダイヤモンド中の単一NV中心～室温での単一光子発生と単一スピン操作 (2009)
  • 著者名/発表者名: 水落憲和
  • 学会等名: 第5回量子ナノ材料セミナー
  • 発表場所: 埼玉大学(埼玉県)
  • 年月日: 2009-07-29
• [学会発表] 13C核スピン濃度を制御したダイヤモンド中のNV中心における単一スピンコヒーレンス制御 (2009)
  • 著者名/発表者名: 水落憲和, P. Neumann, R. Florian, J. Beck, 中村和郎, 渡辺幸志, 磯谷順一, 山崎聡, F. Jelezko, J. Wrachtrup
  • 学会等名: 第56回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 筑波大学
  • 年月日: 2009-04-01
• [学会発表] ^<13>C核スピン濃度を制御したダイヤモンド中のNV中心における単一スピンコヒーレンス制第56回応用物理学関係連合講演会 (2009)
  • 著者名/発表者名: 水落憲和
  • 学会等名: 第56回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 筑波大学
  • 年月日: 2009-03-31
• [学会発表] 核スピンバス中における単一NV中心のスピンコヒーレンス (2009)
  • 著者名/発表者名: 水落憲和, P. Neumann, R. Florian, J. Beck, 中村和郎, D. Twitchen, 渡辺幸志, 山崎聡, F. Jelezko, J. Wrachtrup
  • 学会等名: 第64回日本物理学会年次大会
  • 発表場所: 立教大学池袋キャンパス
  • 年月日: 2009-03-27
• [学会発表] 核スピンバス中における単一NV中心のスピンコ七一レンス (2009)
  • 著者名/発表者名: 水落憲和
  • 学会等名: 第64回日本物理学会年次大会
  • 発表場所: 立教大学
  • 年月日: 2009-03-27
• [学会発表] [招待講演]Coherence among single spins,,of NV center in Diamond (2009)
  • 著者名/発表者名: 水落憲和
  • 学会等名: Joint JSPS-ESF International conference on Nano science and Engineering in Superconductivity
  • 発表場所: つくば市
  • 年月日: 2009-03-24
• [学会発表] Coherence of single spins coupled to a nuclear spin bath in diamond (2009)
  • 著者名/発表者名: N. Mizuochi, P. Neumann, F. Rempp, K. Nakamura, D. Twitchen, H. Watanabe, S. Yamasaki, F. Jelezko, J. Wrachtrup
  • 学会等名: International Conference on Quantum Information and Technology
  • 発表場所: Tokyo
• [学会発表] Quantum information processing and memory by single spins in Diamond (2009)
  • 著者名/発表者名: N. Mizuochi
  • 学会等名: 6th Japanese-German Frontiers of Science Symposium
  • 発表場所: Tokyo, Japan
• [学会発表] ダイヤモンド中の単一NV中心～室温での光による単一スピン検出と操作～ (2009)
  • 著者名/発表者名: 水落憲和
  • 学会等名: 第10回エクストリーム・フォトニクス研究会
  • 発表場所: 名古屋
• [学会発表] Entanglement and coherence properties of single spins in diamond (2009)
  • 著者名/発表者名: N. Mizuochi, P. Neumann, F. Rempp, K. Nakamura, D. Twitchen, H. Watanabe, S. Yamasaki, F. Jelezko, J. Wrachtrup
  • 学会等名: International Conference on Quantum Information Processing and Communication (QIPC 2009)
  • 発表場所: Roma, Italy
• [学会発表] Coherence control of single spins in Diamond (2009)
  • 著者名/発表者名: N. Mizuochi, P. Neumann, F. Rempp, J. Beck, V. Jacques, P. Siyushev, K. Nakamura, D. Twitchen, H. Watanabe, S. Yamasaki, F. Jelezko, J. Wrachtrup
  • 学会等名: 20th European Conference on Diamond, Diamond-Like Materials, Carbon Nanotubes, Nitrides & Silicon Carbide
  • 発表場所: Athens, Greece
• [学会発表] Coherence of single electron and nuclear spins in Diamond (2009)
  • 著者名/発表者名: N. Mizuochi, P. Neumann, F. Rempp, K. Nakamura, H. Watanabe, S. Yamasaki, F. Jelezko, J. Wrachtrup
  • 学会等名: The 18th International Conference on Electronic Properties of Two Dimensional Systems (EP2DS-18)
  • 発表場所: Kobe, Japan
• [学会発表] ダイヤモンドを用いた量子情報処理 (2009)
  • 著者名/発表者名: 水落憲和
  • 学会等名: 第20回量子情報技術研究会
  • 発表場所: 広島大学
• [学会発表] Coherence among single spins of NV center in Diamond (2009)
  • 著者名/発表者名: N. Mizuochi
  • 学会等名: Joint JSPS-ESF International conference on Nanoscience and Engineering in Superconductivity
  • 発表場所: Tsukuba, Japan
• [学会発表] Coherence of single spins coupled to a nuclear spin bath in diamond (2009)
  • 著者名/発表者名: 水落憲和, et al.
  • 学会等名: International Conference on Quantum Information and Technology
  • 発表場所: 東京
• [学会発表] Quantum information processing and memory by single spins in Diamond (2009)
  • 著者名/発表者名: 水落憲和
  • 学会等名: 6^<th> Japanese-German Frontiers of Science Symposium
  • 発表場所: 東京
• [学会発表] Entanglement and coherence properties of single spins in diamond (2009)
  • 著者名/発表者名: 水落憲和, et al.
  • 学会等名: International Conference on Quantum Information Processing and Communication
  • 発表場所: ローマ(イタリア)
• [学会発表] Coherence control of single spins in Diamond (2009)
  • 著者名/発表者名: 水落憲和, et al.
  • 学会等名: 20^<th> European Conference on Diamond, Diamond-Like Materials, Carbon Nanotubes, Nitrides & Silicon Carbide
  • 発表場所: アテネ(ギリシャ)
• [学会発表] Coherence of single electron and nuclear spins in Diamond (2009)
  • 著者名/発表者名: 水落憲和, et al.
  • 学会等名: The 18th International Conference on Electronic Properties of Two-Dimensional Systems
  • 発表場所: 神戸
• [学会発表] ダイヤモンドを用いた量子情報処理 (2009)
  • 著者名/発表者名: 水落憲和
  • 学会等名: 第20回量子情報技術研究会
  • 発表場所: 広島大学(広島県)
• [学会発表] シンポジウム「単一分子分光の最前線」"ダイヤモンド中の単一NV中心における核スピンを用いた量子情報研究" (2008)
  • 著者名/発表者名: 水落憲和
  • 学会等名: 日本物理学会秋季大会
  • 発表場所: 岩手大学上田キャンパス
  • 年月日: 2008-09-22
• [学会発表] [招待講演]ダイヤモンド中の単一NV中心における核スピンを用いた量子情報研究 (2008)
  • 著者名/発表者名: 水落憲和
  • 学会等名: 日本物理学会年次大会
  • 発表場所: 岩手大学
  • 年月日: 2008-09-22
• [学会発表] ダイヤモンドの単一NV中心でのエンタングルメント生成 (2008)
  • 著者名/発表者名: 水落憲和
  • 学会等名: 第4回量子情報未来テーマ開拓研究会
  • 発表場所: 沖縄県
  • 年月日: 2008-09-05
• [学会発表] ^<13>C核スピン濃度を制御したダイヤモンド中のNV中心における単一スピンコヒーレンス制御 (2008)
  • 著者名/発表者名: 水落憲和
  • 学会等名: 第4回量子情報未来テーマ開拓研究会
  • 発表場所: 沖縄県
  • 年月日: 2008-09-05
• [学会発表] ダイヤモンドN-Vセンターを用いた核スピン量子情報処理 (2008)
  • 著者名/発表者名: 水落憲和
  • 学会等名: 応用物理学会スピントロニクス研究会「拡がるスピントロニクス～核スピントロニクス、バイオ系スピントロニクス～」
  • 発表場所: 東京大学本郷キャンパス
  • 年月日: 2008-07-03
• [学会発表] [招待講演]ダイヤモンドN-Vセンターを用いた核スピン量子情報処理 (2008)
  • 著者名/発表者名: 水落憲和
  • 学会等名: 応用物理学会スピントロニクス研究会
  • 発表場所: 東京大学本郷
  • 年月日: 2008-07-03
• [学会発表] ダイヤモンド中の単一NV中心における核スピンによるエンタングルメントの生成 (2008)
  • 著者名/発表者名: 水落憲和
  • 学会等名: 第18回量子情報技術研究会
  • 発表場所: 東京大学本郷
  • 年月日: 2008-05-22
• [学会発表] ダイヤモンド中の単一NV中心における核スピンによるエンタングルメントの生成 (2008)
  • 著者名/発表者名: 水落憲和, P. Neumann, R. Florian, T. Gaebel, 渡辺幸志, 磯谷順一, 山崎聡, F. Jelezko, J. Wrachtrup
  • 学会等名: 第18回量子情報技術研究会
  • 発表場所: 東京大学本郷キャンパス
• [図書] 「ダイヤモンド中のNV中心の単一スピンコヒーレンス制御」固体物理 (2010)
  • 著者名/発表者名: 水落憲和
• [図書] 「ダイヤモンド中の単一NV中心を用いた量子情報処理」日本物理学会誌 (2009)
  • 著者名/発表者名: 水落憲和
• [備考]
  • URL: http://www.bk.tsukuba.ac.jp/~mizuochi/
• [備考]
  • URL: http://www.slis.tsukuba.ac.jp/~mizuochi/
• [備考]
  • URL: http://www.slis.tsukuba.ac.ip/~mizuochi/