| 研究課題/領域番号 |
22K13982
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| 研究種目 |
若手研究
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
小区分13020:半導体、光物性および原子物理関連
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| 研究機関 | 早稲田大学 |
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研究代表者 |
小西 秀樹 早稲田大学, 理工学術院総合研究所(理工学研究所), その他(招聘研究員) (20934235)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2027-03-31
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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 |
4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)
2026年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2025年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2024年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2023年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2022年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
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| キーワード | 冷却原子 / 単一原子アレイ / Rydberg原子 / 量子計算 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
プログラマブルな光ピンセットアレイにトラップされた単一原子とそのRydberg状態を利用したRydberg原子アレイは，現在量子コンピュータ実現の有力候補と目されている超伝導量子回路やイオントラップに替わる，新たなプラットフォームとして近年注目を集めている．本研究では，Rydberg原子アレイで従来用いられてきたアルカリ原子とは異なる電子配置を持つイッテルビウム原子を用いたRydberg原子アレイを構築し，イッテルビウム原子の特性を生かしたデコヒーレンスの小さい量子ビット操作を実現し，誤り訂正量子計算を目指す．
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| 研究実績の概要 |
本課題研究開始時までに、イッテルビウム(Yb)原子によるRydberg原子アレイ構築のため、Ybの同位体174Yb原子の音響光学偏向器(AOD)対を用いた単一原子トラップは成功しており、さらにAODによるアレイの再配列を実装し、一次元および二次元での無欠損単一原子アレイも実現していた。また、単一Yb原子を基底状態から準安定3P2状態を介してRydberg状態へと励起することにも成功しており、これらの成果をまとめた論文はJournal of Physical Society of Japan誌に掲載された。
今年度はまず、単一原子イメージングの改善に取り組んだ。これまでは狭線幅の1S0-3P1遷移(波長556nm)を用いて、冷却と発光が同時にバランスするようなパラメータでイメージングを行っていたが、より高いフィデリティのイメージングを実現するため、556nmでは冷却のみを行い、1S0-1P1遷移(399nm)で発光を行えるように399nm用の高NA対物レンズを追加し、399nmでの発光イメージングに成功した。また将来の量子計算への応用を見据え、核スピン1/2をもつ同位体171Ybの光ピンセットアレイへの単一原子トラップ、イメージングにも成功している。
年度の後半はアレイのさらなる大規模化を目指し、空間光変調器(SLM)を用いたトラップを構築した。AODによる再配列プロトコルと組み合わせることにより、大規模な無欠損単一原子アレイを実現できる。また準安定3P2状態に加え、3P0状態を用いた量子計算スキームの実装に向けて、基底状態と3P0状態の間でのライトシフトをキャンセルする、いわゆる魔法波長759nmの光源の準備も行った。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
当初の計画では、採用1年目に1量子ビット操作の確立を目指していた。計画書で提案していたように量子ビットとして用いる可能性のある2つの同位体174Ybおよび171Ybのトラップ、イメージングに成功したものの、1量子ビット制御のためには光ピンセット中でのさらなる冷却が必要である。その方法を開発途中で研究代表者が所属を変えることになったため、目標達成には到らなかった。
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| 今後の研究の推進方策 |
年度の最後に研究代表者の所属が変わったため、今後はRydberg状態を使う方針から転換し、共振器量子電磁力学(Cavity QED)を用いた量子計算の実現を目指す。特にナノファイバー共振器によるCavity QEDを用いて、ファイバーネットワークによる分散型量子計算を実現することで量子ビットの大規模化を可能にする技術を開発する。量子ビットとしては引き続き光ピンセット中の単一Yb原子を用いた方式を検討する。
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