| 研究課題/領域番号 |
20H02559
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分28020:ナノ構造物理関連
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| 研究機関 | 大阪大学 (2023)
国立研究開発法人産業技術総合研究所 (2020-2022) |
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研究代表者 |
高田 真太郎 大阪大学, 大学院理学研究科, 准教授 (90805144)
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| 研究分担者 |
小寺 哲夫 東京工業大学, 工学院, 准教授 (00466856)
丸山 道隆 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 計量標準総合センター, 研究グループ長 (30415947)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
18,200千円 (直接経費: 14,000千円、間接経費: 4,200千円)
2023年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
2022年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
2021年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
2020年度: 10,400千円 (直接経費: 8,000千円、間接経費: 2,400千円)
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| キーワード | 表面弾性波 / 単一電子デバイス / 量子電流源 / 二次元電子系 / 量子電子光学 / 量子デバイス / 飛行量子ビット / 量子ドット / 量子細線 / 圧電帯薄膜 / 圧電体薄膜 / 量子ビット |
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| 研究開始時の研究の概要 |
量子光学では単一光子源やビームスプリッタといった基本素子を用いて光子の量子状態を制御し、盗聴不可能な量子暗号通信などの量子情報処理の研究が進展している。一方で、固体中の電子に対して同様な基本素子を開発できれば、電子を用いて量子光学的な実験を行う量子電子光学実験を実現することができる。
量子電子光学では強く相互作用する電子の性質を用いた新たな機能や操作が期待される。本研究では、電子の電荷、及びスピンの両自由度に着目し、その量子状態のコヒーレントな移送・制御を行うための基盤技術の開発に取り組み、量子情報処理への応用を見据え、単一飛行電子での量子電子光学実験という新しい可能性を切り拓くことを目指す。
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| 研究実績の概要 |
当該年度は、表面弾性波によって運ばれる単一飛行電子に対するコヒーレントなビームスプリッタの実現に向け、結合量子細線における単一飛行電子の制御実験を行った。特に、量子細線間の結合を電圧パルスを用いて実時間制御することで、単一飛行電子の量子状態が細線上の位置に依存してどのように変化するかを調べた。その結果、GaAs二次元電子系に電子を供給し、イオン化したドーパントに起因すると考えられるポテンシャルの揺らぎによって、位置に依存して閉じ込めの対称性が変化していることがわかった。この知見は、単一飛行電子に対するコヒーレントなビームスプリッタ操作を実現する上で必要不可欠な情報である。
また、昨年度の研究で実現した表面弾性波の孤立パルスを用いた量子電流源の研究では、表面弾性波を励起する際に櫛形電極IDTに与える交流電場によって発生する電磁波の影響で、単一飛行電子の高精度な制御が妨げられるという示唆を得ていた。そこで、当該年度はそのような電磁波の発生を抑える方法として、差動励起による表面弾性波の発生手法の研究を行った。従来はIDTの片方の電極をグラウンドに落とし、他方の電極に交流電場を与えることで表面弾性波を励起していたが、差動励起では２つの電極に逆位相の交流電場を与えることで、表面弾性波の励起を行う。結果として、IDTを中心として飛ぶ電磁波の成分は多くが干渉によってキャンセルされ、発生する表面弾性波の強度を保ったまま、電磁波成分を90%以上抑制することに成功した。近年表面弾性波を用いた基礎研究は、単一飛行電子の制御に留まらず、超伝導量子回路やスピントロ二クスの分野でも行われており、ここで開発した技術は広い応用範囲が想定される。
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| 現在までの達成度 (段落) |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 今後の研究の推進方策 |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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