電子波の軌道制御によるスピン量子回路の研究

• 研究課題/領域番号: 25790006
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: ナノ構造物理
• 研究機関: 国立研究開発法人理化学研究所
• 研究代表者: 中島 峻 国立研究開発法人理化学研究所, 創発物性科学研究センター, 特別研究員 (60534344)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2016-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2015年度)
• 配分額: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円); 2015年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2014年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2013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: 電子スピン / コヒーレント制御 / 量子ドット / エッジチャネル / 電子スピン共鳴 / 核スピン / デコヒーレンス / 試料作成 / 測定系構築 / 実験室整備

研究成果の概要

近年、固体デバイス中の電子の量子力学的性質を制御することで、量子計算や様々な新奇デバイスを実現することに期待が高まっている。研究代表者等はエッジ状態と呼ばれるコヒーレントな電子波を制御することにより、核スピンの揺らぎを検出し、その揺らぎが電子スピンの量子力学的性質に与える影響を解明した。また、量子ドットに対する電子スピン状態の選択的な注入を実現した。これらの成果は半導体デバイス中の電子スピンを用いた様々な量子デバイスの発展に寄与するものである。

研究成果

• [雑誌論文] Coherent electron-spin-resonance manipulation of three individual spins in a triple quantum dot (2016)
  • 著者名/発表者名: A. Noiri, J. Yoneda, T. Nakajima, T. Otsuka, M. R. Delbecq, K. Takeda, S. Amaha, G. Allison, A. Ludwig, A. D. Wieck, S. Tarucha
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 108 号: 15 ページ: 153101-153101
  • DOI: 10.1063/1.4945592
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Quantum Dephasing in a Gated GaAs Triple Quantum Dot due to Nonergodic Noise (2016)
  • 著者名/発表者名: M. R. Delbecq, T. Nakajima, P. Stano, T. Otsuka, S. Amaha, J. Yoneda, K. Takeda, G. Allison, A. Ludwig, A. D. Wieck, S. Tarucha
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 116 号: 4 ページ: 0468021-5
  • DOI: 10.1103/physrevlett.116.046802
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Spin-dependent current through a quantum dot from spin-polarized nonequilibrium quantum Hall edge channels (2015)
  • 著者名/発表者名: H. Kiyama, T. Nakajima, S. Teraoka, A. Oiwa, S. Tarucha
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 91 号: 15 ページ: 155302-155302
  • DOI: 10.1103/physrevb.91.155302
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fast Electrical Control of Single Electron Spins in Quantum Dots with Vanishing Influence from Nuclear Spins (2014)
  • 著者名/発表者名: J. Yoneda, T. Otsuka, T. Nakajima, T. Takakura, T. Obata, M. Pioro-Ladriere, H. Lu, C. J. Palmstrom, A. C. Gossard, S. Tarucha
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 113 号: 26
  • DOI: 10.1103/physrevlett.113.267601
  • 査読あり
• [雑誌論文] Full control of quadruple quantum dot circuit charge states in the single electron regime (2014)
  • 著者名/発表者名: M. R. Delbecq, T. Nakajima, T. Otsuka, S. Amaha, J. D. Watson, M. J. Manfra, S. Tarucha
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 104 号: 18 ページ: 1831111-3
  • DOI: 10.1063/1.4875909
  • 査読あり
• [雑誌論文] Measurement of Energy Relaxation in Quantum Hall Edge States Utilizing Quantum Point Contacts (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Otsuka, Y. Sugihara, J. Yoneda, T. Nakajima, and S. Tarucha
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 83 号: 1 ページ: 14710-14710
  • DOI: 10.7566/jpsj.83.014710
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electrical Control of Flying Spin Precession in Chiral 1D Edge States (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Nakajima, K. T. Lin, S. Komiyama
  • 雑誌名: AIP Conference Proceedings 巻: 1566 ページ: 301-302
  • DOI: 10.1063/1.4848405
  • 査読あり
• [学会発表] 三重量子ドットにおける準安定電荷状態を利用したスピン・電荷変換 (2016)
  • 著者名/発表者名: 中島峻, M. R. Delbecq, 大塚朋廣, 天羽真一, 米田淳, 野入亮人, 武田健太, Giles Allison, Arne Ludwig, Andreas D. Wieck, 樽茶清悟
  • 学会等名: 日本物理学会年次大会第71回年次大会
  • 発表場所: 東北学院大学・仙台市・宮城
  • 年月日: 2016-03-19
• [学会発表] 三重量子ドット電子スピン共鳴における局所磁場差と交換相互作用の競合 (2016)
  • 著者名/発表者名: 米田淳, 野入亮人, 中島峻, 大塚朋廣, M. R. Delbecq, 天羽真一, Arne Ludwig, Andreas D. Wieck, 樽茶清悟
  • 学会等名: 日本物理学会年次大会第71回年次大会
  • 発表場所: 東北学院大学・仙台市・宮城
  • 年月日: 2016-03-19
• [学会発表] 電極と結合した量子ドットにおけるスピン緩和測定 (2016)
  • 著者名/発表者名: 大塚朋廣, 中島峻, M. R. Delbecq, 天羽真一, 米田淳, 武田健太, Giles Allison, 野入亮人, 伊藤匠, Arne Ludwig, Andreas D. Wieck, 樽茶清悟
  • 学会等名: 日本物理学会年次大会第71回年次大会
  • 発表場所: 東北学院大学・仙台市・宮城
  • 年月日: 2016-03-19
• [学会発表] Bayesian estimation of nuclear-spin bath for adaptive feedback with a single-electron spin qubit (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Kawasaki, T. Nakajima, J. Yoneda, M. Delbecq, S. Amaha, T. Otsuka, K. Takeda and S. Tarucha
  • 学会等名: International Symposium on Dynamics in Artificial Quantum System
  • 発表場所: 東京大学先端科学技術研究センター・駒場・東京
  • 年月日: 2016-01-12
  • 国際学会
• [学会発表] Hybrid cQED architecture as a model system for non-equilibrium physics in condensed matter (2016)
  • 著者名/発表者名: G. Allison, M. R. Delbecq, N. Lambert, T. Nakajima, J. Yoneda, K. Takeda, M. Marx, T. Otsuka, S. Amaha, F. Nori, and S. Tarucha
  • 学会等名: International Symposium on Dynamics in Artificial Quantum System
  • 発表場所: 東京大学先端科学技術研究センター・駒場・東京
  • 年月日: 2016-01-12
  • 国際学会
• [学会発表] Coherent electron-spin-resonance control of three individual spins in a triple quantum dot (2016)
  • 著者名/発表者名: A. Noiri, J. Yoneda, T. Nakajima, T. Otsuka, M. R. Delbecq, K. Takeda, S. Amaha, G. Allison, A. Ludwig, A. D. Wieck, and S. Tarucha
  • 学会等名: International Symposium on Dynamics in Artificial Quantum System
  • 発表場所: 東京大学先端科学技術研究センター・駒場・東京
  • 年月日: 2016-01-12
  • 国際学会
• [学会発表] Electron spin resonance in a quadruple quantum dot (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Otsuka, T. Nakajima, M. R. Delbecq, S. Amaha, J. Yoneda, K. Takeda, G. Allison, T. Ito, R. Sugawara, A. Noiri, A. Ludwig, A. D. Wieck, and S. Tarucha
  • 学会等名: International Symposium on Dynamics in Artificial Quantum System
  • 発表場所: 東京大学先端科学技術研究センター・駒場・東京
  • 年月日: 2016-01-12
  • 国際学会
• [学会発表] Controlling entanglement of spin qubits in a triple quantum dot (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Nakajima, M. R. Delbecq, T. Otsuka, S. Amaha, J. Yoneda, A. Noiri, K. Takeda, G. Allison, A. Ludwig, A. D. Wieck, and S. Tarucha
  • 学会等名: International Symposium on Dynamics in Artificial Quantum System
  • 発表場所: 東京大学先端科学技術研究センター・駒場・東京
  • 年月日: 2016-01-12
  • 国際学会
• [学会発表] Generation of locally and non-locally entangled electron spin pairs in a triple quantum dot (2015)
  • 著者名/発表者名: 中島峻
  • 学会等名: International Workshop : Quantum Nanostructures and Electron-Nuclear Spin Interactions
  • 発表場所: 東北大学・仙台市・宮城
  • 年月日: 2015-10-19
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 三重量子ドットにおける非隣接スピンもつれ状態の形成と観測 (2015)
  • 著者名/発表者名: 中島峻，Matthieu R. Delbecq，大塚朋廣，天羽真一，米田淳，野入亮人，武田健太，Arne Ludwig，Andreas D. Wieck，樽茶清悟
  • 学会等名: 日本物理学会2015年秋季大会
  • 発表場所: 関西大学・吹田市・大阪
  • 年月日: 2015-09-16
• [学会発表] 四重量子ドットにおける単一電子スピン共鳴 (2015)
  • 著者名/発表者名: 大塚朋廣，中島峻，Matthieu Delbecq，天羽真一，米田淳，武田健太，野入亮人，菅原烈，Giles Allison，Arne Ludwig，Andreas Wieck，樽茶清悟
  • 学会等名: 日本物理学会2015年秋季大会
  • 発表場所: 関西大学・吹田市・大阪
  • 年月日: 2015-09-16
• [学会発表] 高速複数電荷計を用いた多重量子ドット電荷状態の観測 (2015)
  • 著者名/発表者名: 伊藤匠，大塚朋廣，天羽真一，中島峻，Matthieu Delbecq，米田淳，武田健太，Giles Allison， 野入亮人，樽茶清悟
  • 学会等名: 日本物理学会2015年秋季大会
  • 発表場所: 関西大学・吹田市・大阪
  • 年月日: 2015-09-16
• [学会発表] 電極閉じ込め型シリコンMOS量子ドットの作製と評価 (2015)
  • 著者名/発表者名: 米田淳，本田拓夢，武田健太，Marian Marx，大塚朋廣，中島峻，Matthieu Delbecq，天羽真一，Giles Allison，小寺哲夫，小田俊理，樽茶清悟
  • 学会等名: 日本物理学会2015年秋季大会
  • 発表場所: 関西大学・吹田市・大阪
  • 年月日: 2015-09-16
• [学会発表] Si2重量子ドット中の電子スピンの高速独立操作 (2015)
  • 著者名/発表者名: 武田健太，神岡純，小幡利顕，大塚朋廣，中島峻，Matthieu Delbecq，天羽真一，米田淳，Giles Alison，野入亮人，菅原烈，小寺哲夫，小田俊理，樽茶清悟
  • 学会等名: 日本物理学会2015年秋季大会
  • 発表場所: 関西大学・吹田市・大阪
  • 年月日: 2015-09-16
• [学会発表] 川崎賢人，野入亮人，天羽真一，大塚朋廣，中島峻，米田淳，M. Delbecq，武田健太，樽茶清悟 (2015)
  • 著者名/発表者名: 三角形型三重量子ドットの電荷輸送特性
  • 学会等名: 日本物理学会2015年秋季大会
  • 発表場所: 関西大学・吹田市・大阪
  • 年月日: 2015-09-16
• [学会発表] 三層量子井戸におけるν=2のスピン状態遷移と核スピン効果 (2015)
  • 著者名/発表者名: 天羽真一，中島峻，樽茶清悟，羽田野剛司
  • 学会等名: 日本物理学会2015年秋季大会
  • 発表場所: 関西大学・吹田市・大阪
  • 年月日: 2015-09-16
• [学会発表] Probing spin states in a triple quantum dot by Fourier transform spectroscopy (2015)
  • 著者名/発表者名: Takashi Nakajima, Matthieu R. Delbecq, Tomohiro Otsuka, Shinichi Amaha, Jun Yoneda, Akito Noiri, Kenta Takeda, Arne Ludwig, Andreas D. Wieck, and Seigo Tarucha
  • 学会等名: Spintech VIII
  • 発表場所: Basel, Switzerland
  • 年月日: 2015-08-10
  • 国際学会
• [学会発表] A strongly driven single-spin qubit in a Si/SiGe double quantum dot with a micro-magnet (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Takeda, J. Kamioka, T. Obata, T. Otsuka, T. Nakajima, M. R. Delbecq, S. Amaha, J. Yoneda, G. Allison, A. Noiri, R. Sugawara, T. Kodera, S. Oda, S. Tarucha
  • 学会等名: Spintech VIII
  • 発表場所: Basel, Switzerland
  • 年月日: 2015-08-10
  • 国際学会
• [学会発表] Boosting single electron spin flips in quantum dots (2015)
  • 著者名/発表者名: Takumi Ito, Jun Yoneda, Kenta Takeda, Akito Noiri, Tomohiro Otsuka, Takashi Nakajima, Matthieu Delbecq, Shinichi Amaha, and Seigo Tarucha
  • 学会等名: 21st International Conference on the Electronic Properties of Two-Dimensional Systems (EP2DS-21)
  • 発表場所: 仙台国際センター・仙台市・宮城
  • 年月日: 2015-07-26
  • 国際学会
• [学会発表] Spin state transitions and interlayer charge transfer in a triple-layered quantum Hall system (2015)
  • 著者名/発表者名: Shinichi Amaha, Takashi Nakajima, Seigo Tarucha, and Tsuyoshi Hatano
  • 学会等名: 21st International Conference on the Electronic Properties of Two-Dimensional Systems (EP2DS-21)
  • 発表場所: 仙台国際センター・仙台市・宮城
  • 年月日: 2015-07-26
  • 国際学会
• [学会発表] Realization and Evaluation of a Fast Single-lead Quantum Dot Probe (2015)
  • 著者名/発表者名: Tomohiro Otsuka, Shinichi Amaha, Takashi Nakajima, Matthieu R. Delbecq, Jun Yoneda, Kenta Takeda, Retsu Sugawara, Arne Ludwig, Andreas D. Wieck, Seigo Tarucha
  • 学会等名: 21st International Conference on the Electronic Properties of Two-Dimensional Systems (EP2DS-21)
  • 発表場所: 仙台国際センター・仙台市・宮城
  • 年月日: 2015-07-26
  • 国際学会
• [学会発表] Selective Injection of Single Electron Spins into a Quantum Dot using Spin-polarized Non- equilibrium Quantum Hall Edge Channels (2015)
  • 著者名/発表者名: Haruki Kiyama, Takashi Nakajima, Souichiro Teraoka, Akira Oiwa, and Seigo Tarucha
  • 学会等名: 21st International Conference on the Electronic Properties of Two-Dimensional Systems (EP2DS-21)
  • 発表場所: 仙台国際センター・仙台市・宮城
  • 年月日: 2015-07-26
  • 国際学会
• [学会発表] Single-electron Spin Resonance in a Quadruple Quantum Dot (2015)
  • 著者名/発表者名: Tomohiro Otsuka, Takashi Nakajima, Matthieu R. Delbecq, Shinichi Amaha, Jun Yoneda, Kenta Takeda, Akito Noiri, Retsu Sugawara, Giles Allison, Arne Ludwig, Andreas D. Wieck, and Seigo Tarucha
  • 学会等名: 21st International Conference on the Electronic Properties of Two-Dimensional Systems (EP2DS-21)
  • 発表場所: 仙台国際センター・仙台市・宮城
  • 年月日: 2015-07-26
  • 国際学会
• [学会発表] A tunnel-coupled triangular triple quantum dot (2015)
  • 著者名/発表者名: Akito Noiri, Kento Kawasaki, Shinichi Amaha, Tomohiro Otsuka, Takashi Nakajima, Jun Yoneda, Matthieu R. Delbecq, Kenta Takeda, and Seigo Tarucha
  • 学会等名: 21st International Conference on the Electronic Properties of Two-Dimensional Systems (EP2DS-21)
  • 発表場所: 仙台国際センター・仙台市・宮城
  • 年月日: 2015-07-26
  • 国際学会
• [学会発表] Enhanced coherence time of spin qubits in GaAs by fast measurements (2015)
  • 著者名/発表者名: M. R. Delbecq, T. Nakajima, P. Stano, T. Otsuka, S. Amaha, J. Yoneda, K. Takeda, A. Noiri, G. Allison, A. Ludwig, A. D. Wieck and S. Tarucha
  • 学会等名: 21st International Conference on the Electronic Properties of Two-Dimensional Systems (EP2DS-21)
  • 発表場所: 仙台国際センター・仙台市・宮城
  • 年月日: 2015-07-26
  • 国際学会
• [学会発表] Electrically Pulsed Fourier Transform Spectroscopy of Coupled Electron Spins in Triple Quantum Dot (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Nakajima, M. R. Delbecq, T. Otsuka, S. Amaha, J. Yoneda, A. Noiri, K. Takeda, A. Ludwig, A. D. Wieck, and S. Tarucha
  • 学会等名: 21st International Conference on the Electronic Properties of Two-Dimensional Systems (EP2DS-21)
  • 発表場所: 仙台国際センター・仙台市・宮城
  • 年月日: 2015-07-26
  • 国際学会
• [学会発表] Addressable single-spin control in multiple quantum dots coupled in series (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Nakajima
  • 学会等名: American Physical Society March Meeting 2015
  • 発表場所: Henry B. Gonzalez Convention Center, San Antonio, Texas, USA
  • 年月日: 2015-03-02 – 2015-03-06
  • 招待講演
• [学会発表] Probing Fast Dynamics of Nuclear Polarization with RF Reflectometry (2015)
  • 著者名/発表者名: Takashi Nakajima, Retsu Sugawara, Seigo Tarucha
  • 学会等名: International Symposium on Quantum System and Nuclear Spin Related Phenomena
  • 発表場所: 宮城蔵王ロイヤルホテル（宮城県刈田郡蔵王町）
  • 年月日: 2015-02-18 – 2015-02-20
• [学会発表] Vanishing Influence from Nuclear Spins on Strongly Driven Single Electron Spins in Quantum Dots (2015)
  • 著者名/発表者名: J. Yoneda, T. Otsuka, T. Nakajima, T. Takakura, T. Obata, M. Pioro-Ladriere, H. Lu, C. J. Palmstrom, A. C. Gossard, S. Tarucha
  • 学会等名: International Symposium on Quantum System and Nuclear Spin Related Phenomena
  • 発表場所: 宮城蔵王ロイヤルホテル（宮城県刈田郡蔵王町）
  • 年月日: 2015-02-18 – 2015-02-20
• [学会発表] Increase by several orders of magnitude of the spin coherence time in GaAs by fast measurements (2015)
  • 著者名/発表者名: M. R. Delbecq, T. Nakajima, T. Otsuka, S. Amaha, J. Yoneda, A. Noiri, A. Ludwig, A. D. Wieck, S. Tarucha
  • 学会等名: International Symposium on Quantum System and Nuclear Spin Related Phenomena
  • 発表場所: 宮城蔵王ロイヤルホテル（宮城県刈田郡蔵王町）
  • 年月日: 2015-02-18 – 2015-02-20
• [学会発表] Spin state transitions and interlayer charge transfer in a triple-layered quantum Hall system (2015)
  • 著者名/発表者名: Shinichi Amaha, Kimitoshi Kono, Takashi Nakajima, Seigo Tarucha, Tsuyoshi Hatano
  • 学会等名: International Symposium on Quantum System and Nuclear Spin Related Phenomena
  • 発表場所: 宮城蔵王ロイヤルホテル（宮城県刈田郡蔵王町）
  • 年月日: 2015-02-18 – 2015-02-20
• [学会発表] Interlayer charge transfer and spin state transitions in a triple-layered quantum Hall system (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Amaha, T. Hatano, T. Nakajima, K. Kono, S. Tarucha
  • 学会等名: 2014 Workshop on Innovative Nanoscale Devices and Systems
  • 発表場所: Hapuna Beach Prince Hotel, Hawaii, USA
  • 年月日: 2014-11-30 – 2014-12-05
• [学会発表] Addressable Control of Three Spin Qubits in Semiconductor Triple Quantum Dot (2014)
  • 著者名/発表者名: M. R. Delbecq, T. Nakajima, T. Otsuka, S. Amaha, J. Yoneda, A. Noiri, A. Ludwig, A. D. Wieck, S. Tarucha
  • 学会等名: 2014 Workshop on Innovative Nanoscale Devices and Systems
  • 発表場所: Hapuna Beach Prince Hotel, Hawaii, USA
  • 年月日: 2014-11-30 – 2014-12-05
• [学会発表] 三重量子ドットを用いたスピン・キュービット実験I (2014)
  • 著者名/発表者名: 大塚朋廣、中島峻、マシュー・デルベック、天羽真一、米田淳、野入亮人、武田健太、菅原烈、樽茶清悟
  • 学会等名: 日本物理学会2014年秋季大会
  • 発表場所: 名古屋大学（愛知県名古屋市）
  • 年月日: 2014-09-07 – 2014-09-10
• [学会発表] 三重量子ドットを用いたスピン・キュービット実験II (2014)
  • 著者名/発表者名: 中島峻、大塚朋廣、マシュー・デルベック、天羽真一、米田淳、野入亮人、武田健太、菅原烈、樽茶清悟
  • 学会等名: 日本物理学会2014年秋季大会
  • 発表場所: 名古屋大学（愛知県名古屋市）
  • 年月日: 2014-09-07 – 2014-09-10
• [学会発表] 微小磁石を備えたSi/SiGe2重量子ドットにおける単一電子スピン共鳴 (2014)
  • 著者名/発表者名: 武田健太、神岡純、小幡利顕、大塚朋廣、中島峻、マシュー・デルベック、天羽真一、米田淳、野入亮人、菅原烈、小寺哲夫、小田俊理、樽茶清悟
  • 学会等名: 日本物理学会2014年秋季大会
  • 発表場所: 名古屋大学（愛知県名古屋市）
  • 年月日: 2014-09-07 – 2014-09-10
• [学会発表] 量子ホール系における核スピン偏極とNMRの高周波反射測定 (2014)
  • 著者名/発表者名: 菅原烈、中島峻、樽茶清悟
  • 学会等名: 日本物理学会2014年秋季大会
  • 発表場所: 名古屋大学（愛知県名古屋市）
  • 年月日: 2014-09-07 – 2014-09-10
• [学会発表] Addressable control of single spin qubits in lateral triple quantum dot (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Nakajima, M. R. Delbecq, T. Otsuka, S. Amaha, J. Yoneda, A. Noiri, A. Ludwig, A. Wieck, S. Tarucha
  • 学会等名: 27th International Conference on Low Temperature Physics
  • 発表場所: Palais Rouge, Buenos Aires, Argentina
  • 年月日: 2014-08-06 – 2014-08-13
• [学会発表] Scaling-up Spin Qubits in Semiconductor Quantum Dots (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Nakajima, T. Otsuka, M. Delbecq, S. Amaha, J. Yoneda, A. Noiri, K. Takeda, J. Kamioka, R. Sugawara, J. Watson, M. Manfra, A. Wieck, and S. Tarucha
  • 学会等名: FIRST International Symposium on Topological Quantum Technology
  • 発表場所: 東京大学本郷キャンパス（東京都）
• [備考] QUANTUM FUNCTIONAL SYSTEM RESEARCH GROUP
  • URL: http://qfsrg.riken.jp