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Realization of high-fidelity quantum logic gates using electron spins on superfluid helium

研究課題

研究課題/領域番号 23K26488
補助金の研究課題番号 23H01795 (2023)
研究種目

基盤研究(B)

配分区分基金 (2024)
補助金 (2023)
応募区分一般
審査区分 小区分28020:ナノ構造物理関連
研究機関沖縄科学技術大学院大学

研究代表者

コンスタンチノフ デニス  沖縄科学技術大学院大学, 量子ダイナミクスユニット, 教授 (50462685)

研究期間 (年度) 2023-04-01 – 2027-03-31
研究課題ステータス 交付 (2024年度)
配分額 *注記
18,590千円 (直接経費: 14,300千円、間接経費: 4,290千円)
2026年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
2025年度: 7,670千円 (直接経費: 5,900千円、間接経費: 1,770千円)
2024年度: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2023年度: 4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円)
キーワードspin-qubit gates / electron spin / trapped electrons / superfluid helium / electrons on helium / Rydberg states / cryogenic HEMT amplifier / resonant LC circuit / spin qubits / quantum gates / microchannel devices / Rydberg resonance
研究開始時の研究の概要

This research project attempts to utilize the ultra-clean system of electrons trapped on the surface of superfluid helium for quantum computing. In particular, the spin state of such electrons which is predicted to have extremely long coherence time is used to realize high-fidelity qubit gates.

研究実績の概要

In accordance with the "Purpose of the research" and "Research plan" for this grant, in FY2023 we have developed a new sensitive transconductance amplifier to detect the Rydberg transition of electrons trapped on the surface of superfluid helium. The amplifier is based on a high-Q tank circuit, which converts the image current from electrons into a small voltage signal, followed by a cryogenic low-noise HEMT amplifier. The cryogenic testing of the amplifier demonstrated exceptionally good noise characteristics, with the voltage noise 0.6 nV per root Hz and the current noise 1.5 fA per root Hz (see publication list). Using this amplifier, we were able to demonstrate detection of the Rydberg resonance from about 100 electrons trapped in a microchannel device filled with supefluid helium.

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

The project progressed in FY2023 according to the plan. A resonant cryogenic amplifier has been built and the image-charge detection of the Rydberg transition of many electrons has been demonstrated.

今後の研究の推進方策

The developed ultra-sensitive amplifier for the image current detection demonstrated an exceptionally good noise and gain characteristics (see publication list) which should sufficient to detect the Rydberg transition from a single trapped electron. The detection method has been successfully demonstrated on about 100 of electrons trapped in a microchannel device. Scaling of this device and detection method to a single trapped electron is the goal of the project in FY2024.

報告書

(1件)
  • 2023 実績報告書
  • 研究成果

    (6件)

すべて 2024 2023

すべて 雑誌論文 (1件) (うち国際共著 1件、 査読あり 1件) 学会発表 (5件) (うち招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Cryogenic Resonant Amplifier for Electron-on-Helium Image Charge Readout2024

    • 著者名/発表者名
      Mikhail Belianchikov, Jakob Kraus, Denis Konstantinov
    • 雑誌名

      Journal of Low Temperature Physics

      巻: In press 号: 5-6 ページ: 312-323

    • DOI

      10.1007/s10909-023-03033-6

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] 高周波反射率測定による液体ヘリウム上電子のリュードベリ遷移の検出2024

    • 著者名/発表者名
      Tomoyuki Tani
    • 学会等名
      Japanese Physical Society Spring Meeting
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Rydberg-state detection for electron-on-helium qubits2023

    • 著者名/発表者名
      Denis Konstantinov
    • 学会等名
      International Symposium on Quantum Fluids and Solids QFS2024
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Resonant image charge detection for electrons-on-helium qubit2023

    • 著者名/発表者名
      Mikhail Belianchikov
    • 学会等名
      Quantum Innovation 2023, Tokyo
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Fast charge sensing for quantum-state detection in electrons on helium2023

    • 著者名/発表者名
      Jui-Yin Lin
    • 学会等名
      International Symposium on Quantum Fluids and Solids QFS2024
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Rydberg Transition of Surface State Electrons on Liquid 4He Sensed by RF-Reflectometry2023

    • 著者名/発表者名
      Tomoyuki Tani
    • 学会等名
      International Symposium on Quantum Fluids and Solids QFS2024
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書

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公開日: 2023-04-18   更新日: 2024-12-25  

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