| 研究課題/領域番号 |
20H02561
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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 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 |
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研究代表者 |
中村 秀司 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, 主任研究員 (70613991)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
17,550千円 (直接経費: 13,500千円、間接経費: 4,050千円)
2022年度: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2021年度: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2020年度: 9,230千円 (直接経費: 7,100千円、間接経費: 2,130千円)
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| キーワード | 磁性体 / 回路量子電磁気学 / 超伝導共振器 / トポロジー / 欠陥準位 / 回転運動 / 超伝導量子ビット / ２準位系 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
光と物質との相互作用に関する研究は、屈折、回折など古くから物理学の根本的なテーマの 一つである。量子力学の進展とともに物質を構成する原子と光の相互作用を研究する量子電磁気学が誕生し、近年では半導体や超伝導体で作製された人工原子と光の相互作用を電子回路上で研究する回路量子電磁気学へと進展してきた。本研究では強磁性体中に現れる幾何学的な磁気構造に着目し、これまでの回路量子電磁気学では未開拓領域であった空間的にねじれた磁気構造とマイクロ波光子との相互作用が織りなす新しい物理の検出と解明を目指す。これにより空間的に非一様な 磁性体の量子制御による新機能素子、量子情報処理技術への利用指針を明らかにする。
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| 研究実績の概要 |
物質と光の相互作用に関わる研究は、物理学の基本的なテーマの一つであり原子と光子を用いた量子電磁気学から、回路上に実装された人工原子と共振器中の光子を用いた回路量子電磁気学へと進展してきた。本研究では、強磁性体中に現れる幾何学的磁気構造による人工原子の実現を通して、従来の回路量子電磁気学では未開拓だった空間的に非一様な磁気構造とマイクロ波光子の織りなす新しい物理の検出と解明に取り組んでいる。具体的には「マイクロ波光子による磁気渦回転運動の量子力学的制御と検出」を目指す。本年度は超伝導共振器からの信号を読み出す測定系の改良を行った。具体的には、無冷媒希釈冷凍機中に超伝導量子ビットを読み出す測定システムを構築し、より高感度な測定が行える測定環境を整えた。結果、超伝導量子ビットと超伝導共振器がコヒーレントに結合し、超伝導量子ビットの状態を超伝導共振器の周波数シフトとして測定することに成功した。今後、超伝導量子ビットを磁性円盤に置き換え、超伝導量子干渉素子をもった超伝導共振器を利用することすることで、磁性円盤の回転を超伝導共振器の周波数変化として読み出すことに取り組む。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
本年度は、感染症の蔓延に伴う出勤制限のため、素子作製や測定などを行うことが難しく計画通りに研究を進めることが難しかった。そのような中、本年度は磁性円盤と超伝導共振器が結合した素子からの信号を高精度に測定するための環境整備に重点を置き、研究を進めた。その結果、超伝導共振器のdispersive shiftとして超伝導量子ビットの状態を読み出すことに成功し、量子状態の精密な測定を行える環境を整えることができた一方、実際に磁性円盤の回転を超伝導共振器中マイクロ波光子のコヒーレントな結合を実現するための実験に着手できなかった。
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| 今後の研究の推進方策 |
今後、磁性円盤の回転を超伝導共振器中マイクロ波光子のコヒーレントな結合を実現するため、超伝導量子ビットを磁性円盤に置き換え、超伝導量子干渉素子をもった超伝導共振器を利用することすることで、磁性円盤の回転を超伝導共振器の周波数変化として読み出すことに取り組む。並行して本研究データーで培った超伝導共振器作製技術、超伝導量子ビットの測定技術、申請者が持つ超伝導単一電子素子作製技術を合わせることで、量子散逸系の研究を行うためのプラットフォーム構築への足掛かりを模索する。
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