| 研究領域 | 量子サイバネティクス － 量子制御の融合的研究と量子計算への展開 |
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| 研究課題/領域番号 |
21102002
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| 研究機関 | 独立行政法人理化学研究所 |
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研究代表者 |
蔡 兆申 独立行政法人理化学研究所, 巨視的量子コヒーレンス研究チーム, チームリーダー (30469910)
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| 研究分担者 |
NORI FRANCO 理化学研究所, デジタル・マテリアル研究チーム, チームリーダー (50415262)
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| キーワード | ジョセフソン接合 / 超伝導 / 量子ビット / 人工原子 / 量子光学 / 量子情報処理 / 量子コンピュータ / 巨視的量子効果 |
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| 研究概要 |
超伝導量子ビットを人工の巨視的原子とみなした量子光学の研究を推進している。これは固体中の電子状態と、共振器や伝送線中の光子とがコヒーレントに結合した混合量子系である。主に人工原子として磁束量子ビットを使い、これを伝送線の中に配置し実験行った。単一の巨大な人工原子により、入射電磁場の散乱が起こることを観測した。この様な振る舞いは、量子光学を使った予測と定量的に一致していた。このような現象は、巨視的量子散乱と呼ぶことができる。共鳴条件では入射電磁波がほぼ完全に反射されることが観測された。これは原子と場の相互作用が大変強いことを示し、このような制御性を備えた人工原子の量子光学やフォトニクスへの応用が期待される。人工原子の2準位を使い、弱いマイクロ波を照射した場合、入射光の約94%が反射される弾性散乱が観測され、更に強いマイクロ波を照射したときには非弾性散乱(蛍光共鳴)が観測された[Science誌掲載]。人工原子の3準位を使った実験も行った。電磁誘導透過や光学的ポンピングによるマイクロ波光の誘導放出と増幅が観測された。
二つの磁束量子ビットがそれらの超伝導ループの一部を共有することにより結合されている量子ビットの研究を行った。低周波数の磁束雑音の相関効果を調べ、局所的な磁束ノイズがデコヒーレンスの要因であることを突き止めた。また同様なノイズ源に対応したデコヒーレンスフリー亜空間を実現した。
ジョセフソン量子ビットをその最適動作点で量子非破壊的に読み出すことが可能な、分散型読み出し法の研究を行っている。量子ビットをタンク回路中に置くと、タンク回路の共振周波数は量子ビットが0状態と1状態の時で少し異なる値を持つことを利用して読み出しを行う。ジョセフソン接合のバイファーケーション現象を利用した非線形タンク回路を使った量子非破壊読み出しを実現した(読み出し効率:0状態=90%、1状態=40%)。
・超伝導量子ビットの理論的研究では、複数ビットを使った制御可能な鏡、制御可能な電磁誘導透過デバイス、量子シミュレータ、量子エミュレータ、動的カシミア効果等の研究を行った。
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