研究課題/領域番号 |
21H04646
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研究種目 |
基盤研究(A)
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配分区分 | 補助金 |
応募区分 | 一般 |
審査区分 |
中区分28:ナノマイクロ科学およびその関連分野
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研究機関 | 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構 |
研究代表者 |
小野田 忍 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 高崎量子応用研究所 量子機能創製研究センター, 上席研究員 (30414569)
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研究分担者 |
蔭浦 泰資 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, 研究員 (20801202)
加田 渉 群馬大学, 大学院理工学府, 准教授 (60589117)
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研究期間 (年度) |
2022-02-01 – 2026-03-31
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研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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配分額 *注記 |
41,990千円 (直接経費: 32,300千円、間接経費: 9,690千円)
2024年度: 6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)
2023年度: 10,530千円 (直接経費: 8,100千円、間接経費: 2,430千円)
2022年度: 10,530千円 (直接経費: 8,100千円、間接経費: 2,430千円)
2021年度: 14,430千円 (直接経費: 11,100千円、間接経費: 3,330千円)
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キーワード | NVセンター / ダイヤモンド / 量子ビット / エンタングルメント / 多量子ビット / イオン注入 |
研究開始時の研究の概要 |
ダイヤモンド中の負電荷の窒素(N)空孔(V)は、量子コンピュータや量子暗号・通信のための「室温動作」の固体量子情報素子として期待できる。しかし、実現の鍵となるNVの多量子ビット化は、電子スピン同士が相互作用でき得る距離(~10nm程度)に優れた電子スピン特性のNVを集積することの困難さから、研究例が限られている。研究代表者らは、2019年になり、約10年振りに2量子ビットから3量子ビットへ拡張することに成功した。本研究では、多量子ビット化形成技術を高め、ダイヤモンド中のNVからなる多量子ビット化を極め、「室温動作」する小規模な固体量子情報素子を実現することを目指す。
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研究実績の概要 |
ダイヤモンド中の負電荷の窒素(N)空孔(V)は、量子コンピュータや量子暗号・通信のための「室温動作」の固体量子情報素子として期待できる。しかし、実現の鍵となるNVの多量子ビット化は、電子スピン同士が相互作用でき得る距離(~10nm程度)に優れた電子スピン特性のNVを集積することの困難さから、研究例が限られている。研究代表者らは、2019年になり、アデニンをイオン源とする有機化合物を用いて、約10年振りに2量子ビットから3量子ビットへ拡張することに成功した。本年度までに開発してきた有機化合物ビームについて、アデニンでは5個のN原子、フタロシアニンでは8個のN原子を注入できるようになった。本年度は、フタロシアニンイオンビーム注入と熱処理によって最大で5個のNVを含む蛍光点を形成することに成功した。
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現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
フタロシアニンイオン注入によって4NV量子ビットの形成が確認できた。さらに5NV量子ビットの可能性のあるものも形成できた。これは当初計画を上回る成果といえる。一方、NV電子スピン同士の双極子結合の計測に至らなかった。研究の状況はおおむね順調に進展していると言える。
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今後の研究の推進方策 |
フタロシアニン等のイオンを注入して4量子ビットを超えるNV形成を行う際、注入したN原子を効率良くNVに転換する必要がある。NVへの転換は高温熱処理によって原子空孔(V)を拡散させることで実現される。NVへの転換を促しつつ、余分な空孔型欠陥を残さない熱処理条件を800℃から1200℃の範囲から探すため、短時間(1分)から長時間(2時間)といった熱処理実験を実施する。また、注入する母材のダイヤモンドの高品質化(低不純物濃度)を継続して取り組む。最後に、4NV量子ビットの量子操作を実現するために不可欠な傾斜磁場を印可できる構造の作製に挑戦する。
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