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デコヒーレンスを活用した革新的量子技術の研究

研究課題

研究課題/領域番号 21K18592
研究種目

挑戦的研究(萌芽)

配分区分基金
審査区分 中区分13:物性物理学およびその関連分野
研究機関東北大学

研究代表者

大塚 朋廣  東北大学, 材料科学高等研究所, 准教授 (50588019)

研究期間 (年度) 2021-07-09 – 2024-03-31
研究課題ステータス 完了 (2023年度)
配分額 *注記
6,370千円 (直接経費: 4,900千円、間接経費: 1,470千円)
2023年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
2022年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
2021年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
キーワード量子ドット / ナノ・マイクロデバイス / デコヒーレンス / 量子情報 / 量子センシング
研究開始時の研究の概要

現実世界の量子系においては、量子状態が壊れるデコヒーレンスが存在し、量子系を活用していく上での問題となっている。しかしデコヒーレンスをうまく利用すれば、有用な量子技術の要素として活用できる可能性もある。そこで本研究では、操作性の良い、強いデコヒーレンスを導入可能である半導体量子ドット系を用いて、デコヒーレンスについてその物理解明を進める。そしてこの知見を元に、量子センシングや量子情報処理に向けたデコヒーレンスを活用した量子技術を研究する。

研究成果の概要

量子状態が壊れてしまうデコヒーレンスは、現状の現実世界の量子系では避けることができず、量子系の活用の際に課題となっている。しかし、もしこのデコヒーレンスをうまく利用できれば、有用な量子技術の要素として活用できる可能性もある。そこで本研究では、操作性の良いデコヒーレンスを導入可能である半導体量子ドット系を用いて、デコヒーレンスに関連する現象について実験を行い、その物理解明を進めた。またこれを活用した量子技術についても研究を実施した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究により、半導体量子ドット系におけるデコヒーレンスに関連する現象の物理解明や、新しい半導体量子系材料の可能性開拓、そしてこれらを活用した量子技術についての研究を進めることができた。これらの成果は、半導体量子ドット系を用いた新しい量子技術に貢献するものであり、量子コンピューティングや量子センシング分野での応用が期待される。また将来的な大規模量子計算等に向けた量子技術の発展にも貢献することが期待される。

報告書

(4件)
  • 2023 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2022 実施状況報告書
  • 2021 実施状況報告書
  • 研究成果

    (18件)

すべて 2024 2023 2022 2021

すべて 雑誌論文 (6件) (うち国際共著 2件、 査読あり 6件、 オープンアクセス 4件) 学会発表 (12件) (うち国際学会 6件、 招待講演 4件)

  • [雑誌論文] Visual explanations of machine learning model estimating charge states in quantum dots2024

    • 著者名/発表者名
      Muto Yui、Nakaso Takumi、Shinozaki Motoya、Aizawa Takumi、Kitada Takahito、Nakajima Takashi、Delbecq Matthieu R.、Yoneda Jun、Takeda Kenta、Noiri Akito、Ludwig Arne、Wieck Andreas D.、Tarucha Seigo、Kanemura Atsunori、Shiga Motoki、Otsuka Tomohiro
    • 雑誌名

      APL Machine Learning

      巻: 2 号: 2 ページ: 026110-026110

    • DOI

      10.1063/5.0193621

    • 関連する報告書
      2023 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] Wide dynamic range charge sensor operation by high-speed feedback control of radio-frequency reflectometry2023

    • 著者名/発表者名
      Fujiwara Yoshihiro、Shinozaki Motoya、Matsumura Kazuma、Noro Kosuke、Tataka Riku、Sato Shoichi、Kumasaka Takeshi、Otsuka Tomohiro
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters

      巻: 123 号: 21 ページ: 213502-213502

    • DOI

      10.1063/5.0167212

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Radio-Frequency Reflectometry in Bilayer Graphene Devices Utilizing Microscale Graphite Back-Gates2023

    • 著者名/発表者名
      Johmen Tomoya、Shinozaki Motoya、Fujiwara Yoshihiro、Aizawa Takumi、Otsuka Tomohiro
    • 雑誌名

      Physical Review Applied

      巻: 20 号: 1 ページ: 014035-014035

    • DOI

      10.1103/physrevapplied.20.014035

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Channel length dependence of the formation of quantum dots in GaN/AlGaN FETs2023

    • 著者名/発表者名
      Matsumura Kazuma、Abe Takaya、Kitada Takahito、Kumasaka Takeshi、Ito Norikazu、Tanaka Taketoshi、Nakahara Ken、Otsuka Tomohiro
    • 雑誌名

      Applied Physics Express

      巻: 16 号: 7 ページ: 075003-075003

    • DOI

      10.35848/1882-0786/ace415

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Nonlinear conductance in nanoscale CoFeB/MgO magnetic tunnel junctions with perpendicular easy axis2023

    • 著者名/発表者名
      Shinozaki Motoya、Igarashi Junta、Iwakiri Shuichi、Kitada Takahito、Hayakawa Keisuke、Jinnai Butsurin、Otsuka Tomohiro、Fukami Shunsuke、Kobayashi Kensuke、Ohno Hideo
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 107 号: 9

    • DOI

      10.1103/physrevb.107.094436

    • 関連する報告書
      2022 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] Scalable fabrication of graphene nanoribbon quantum dot devices with stable orbital-level spacing2022

    • 著者名/発表者名
      Kato Toshiaki、Kitada Takahito、Seo Mizuki、Okita Wakana、Sato Naofumi、Shinozaki Motoya、Abe Takaya、Kumasaka Takeshi、Aizawa Takumi、Muto Yui、Kaneko Toshiro、Otsuka Tomohiro
    • 雑誌名

      Communications Materials

      巻: 3 号: 1

    • DOI

      10.1038/s43246-022-00326-3

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Semiconductor Qubits and New Materials2024

    • 著者名/発表者名
      Tomohiro Otsuka
    • 学会等名
      UK-Japan-Swiss Workshop ‘Materials for Quantum Electronics’
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] GaN FETにおけるマイクロ波共鳴ピークの解析2024

    • 著者名/発表者名
      松村和真、阿部峰也、篠崎基矢、相澤拓海、熊坂武志、大塚朋廣
    • 学会等名
      日本物理学会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] High-frequency measurement in graphene nanostructures for quantum devices2023

    • 著者名/発表者名
      Tomoya Johmen, Motoya Shinozaki, Yoshihiro Fujiwara, Takumi Aizawa, and Tomohiro Otsuka
    • 学会等名
      Workshop on Quantum and Classical Cryogenic Devices, Circuits, and Systems, Superconducting SFQ VLSI Workshop, and International Workshop of Spin/Quantum Materials and Devices
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Radio-frequency reflectometry measurement in bilayer graphene microdevices2023

    • 著者名/発表者名
      Tomoya Johmen, Motoya Shinozaki, Yoshihiro Fujiwara, Riku Tataka, Takumi Aizawa, Takeshi Kumasaka, and Tomohiro Otsuka
    • 学会等名
      International Conference on Electronic Properties of Two-Dimensional Systems
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Semiconductor spin qubits and new materials2023

    • 著者名/発表者名
      Tomohiro Otsuka
    • 学会等名
      Workshop: Emerging Platforms for Quantum Computing
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 高周波反射測定の高速PID制御による電荷センサのダイナミックレンジ改善2023

    • 著者名/発表者名
      篠﨑基矢、藤原義弘、松村和真、野呂康介、 田髙陸、佐藤彰一、熊坂武志、大塚朋廣
    • 学会等名
      日本物理学会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 短チャネルGaN FETにおける少数量子ドットの形成2023

    • 著者名/発表者名
      松村和真、阿部峰也、北田孝仁、熊坂武志、伊藤範和、田中岳利、中原健、大塚朋廣
    • 学会等名
      日本物理学会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Quantum dots in new materials for quantum devices2023

    • 著者名/発表者名
      Tomohiro Otsuka
    • 学会等名
      International Workshop of Spin/Quantum Materials and Devices
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 二層グラフェン微小デバイスにおける高周波反射測定2022

    • 著者名/発表者名
      上面友也、篠崎基矢、熊坂武志、藤原義弘、田高陸、相澤拓海、大塚朋廣
    • 学会等名
      日本物理学会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 高周波反射測定による量子ドットQCA状態電荷遷移の実時間観測2022

    • 著者名/発表者名
      相澤拓海、篠﨑基矢、藤原義弘、熊坂武、中島峻、Matthieu R. Delbecq、米田淳、武田健太、野入亮人、Arne Ludwig、Andreas D. Wieck、樽茶清悟、大塚朋廣
    • 学会等名
      日本物理学会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] Takumi Aizawa, Motoya Shinozaki, Yoshihiro Fujiwara, Takeshi Kumasaka, Wataru Izumida, Takashi Nakajima, Matthieu R. Delbecq, Jun Yoneda, Kenta Takeda, Akito Noiri, Arne Ludwig, Andreas D. Wieck, Seigo Tarucha, and Tomohiro Otsuka2022

    • 著者名/発表者名
      Real-time measurement of QCA charge transition in quantum dots by rf-reflectometry
    • 学会等名
      The 11th Workshop on Semiconductor/Superconductor Quantum Coherence Effect and Quantum Information
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] Noise analysis of radio-frequency reflectometry for single spin and charge detection in quantum dots2021

    • 著者名/発表者名
      Tomohiro Otsuka, Motoya Shinozaki, Yui Muto, Takahito Kitada, Takashi Nakajima, Matthieu R. Delbecq, Jun Yoneda, Kenta Takeda, Akito Noiri, Takumi Ito, Arne Ludwig, Andreas D. Wieck, and Seigo Tarucha
    • 学会等名
      1st Online RIEC International Workshop on Spintronics
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演

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公開日: 2021-07-13   更新日: 2025-01-30  

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