| 研究領域 | ハイブリッド量子科学 |
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| 研究課題/領域番号 |
15H05870
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| 研究機関 | 国立情報学研究所 |
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研究代表者 |
根本 香絵 国立情報学研究所, 情報学プリンシプル研究系, 教授 (80370104)
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| 研究分担者 |
江藤 幹雄 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 教授 (00221812)
森 伸也 大阪大学, 工学研究科, 教授 (70239614)
松崎 雄一郎 日本電信電話株式会社NTT物性科学基礎研究所, 量子電子物性研究部, 研究主任 (10618911)
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| 研究期間 (年度) |
2015-06-29 – 2020-03-31
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| キーワード | 量子情報 / 量子コヒーレンス / 量子計測 / カーボンナノチューブ / 半導体ナノワイヤ / 輸送現象 |
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| 研究実績の概要 |
コヒーレンス時間の長い量子メモリと、プローブ用の量子ビットとを結合させたハイブリッド系を用いた量子センサのスキームについての理論提案を行った。具体的には、プローブ量子ビットを磁場などの検出対象と相互作用させ、そこで得られた情報を量子メモリに転写することで、デコヒーレンスの影響を抑制して感度が向上できることを理論的に示した。また、量子的な状態をプローブとして用いる量子計測の評価に関して、プローブの準備時間も考慮し、 統合的なスキームにおいて比較を行い、量子測定の優位性を数量的に明らかにした。また、 非古典的な状態を効率的に表示、解析する新しい数理的方法の開発に成功した。
カーボンナノチューブ（CNT）に２個の電極を接続したハイブリッド構造の基礎物性を研究した。多谷構造、スピン軌道相互作用、および電子間相互作用を取り入れて電子状態を計算し、「多谷人工原子」の性質を明らかにした。クーロンブロッケード領域におけるコトンネリング電流を計算し、実験結果を 説明した。CNTの１次元トポロジカル絶縁体としての性質について調べ、 磁場印加によるトポロジカル相転移を示した。
電子フォオン間で物理量が量子論的に行き来する様子を計算できるよう、H27年度に作成したプログラムに電子フォノン相互作用を導入した。そのプログラムを用いて、フォノンドラッグ効果および電子ドラッグ効果が、半導体ナノワイヤのフォノン輸送や電子輸送に与える影響を調べた。その結果、電子流にのみ影響を及ぼす静電ポテンシャルを導入しても、フォノン流が阻害されることなどが分かった。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
理論と実験の共同研究が順調に進展しはじめており、ダイヤモンドNVセンター、カーボンナノチューブ、半導体ナノワイヤなどを中心にしたハイブリッド量子系での研究協力が順調に進められており、研究成果が出てきている。また、新しいハイブリッド量子系や制御方法の提案や、新しい量子現象の予言なども研究成果として出てきており、今後の発展がさらに期待できる。
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| 今後の研究の推進方策 |
理論研究は、固体物性から、量子情報理論、量子アルゴリズムなど、ハイブリッド量子系を解析、理解する上で重要なさまざまな分野へ広がっている。これら様々な要素をハイブリッド量子系の上で融合し、ハイブリッド量子系に特徴的な量子的性質や、新しい可能性を明らかにすることを目指す。このためには、今後さらに領域内での研究協力を進めていく必要がある。理論のもつ特性を生かして、多様なハイブリッド量子系を系統的に解析し理解し、実験系に対して重要な知見を与えるとともに、新しい実験系を積極的に提案し、実験グループとともにハイブリッド量子系のさらなる可能性の開拓を推進する。また、材料選択・デバイス構造最適化に向けてより高速に動作するシミュレータを開発するなど、材料分野との融合も進める。
これまで国際研究交流は順調に進んでいるが、今後さらに戦略的に研究協力を進める予定である。
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