半導体ナノ集積構造による量子情報制御・観測・伝送に関する研究

2009 年度 実績報告書

• 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
• 研究課題/領域番号: 21102003
• 研究機関: 日本電信電話株式会社NTT物性科学基礎研究所
• 研究代表者: 都倉 康弘 日本電信電話株式会社NTT物性科学基礎研究所, 量子光物性研究部, 部長 (20393788)
• 研究分担者: 樽茶 清悟 東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (40302799) ; 太田 剛 , 量子電子物性研究部, 研究主任 (30463623)
• キーワード: 半導体量子ドット / 半導体物性 / 量子ビット / 量子情報

研究概要

[制御1]直列3重量子ドットの1-3電子状態の検出・制御
微小磁石法による電子スピン共鳴に適した直列3重量子ドットを計算シミュレーションにより設計、試作した。3つのゲート電極で3ドットの電荷状態が制御できること、1個の電荷計でその電荷状態を識別できることを確認した。この結果の基に試料構造を最適化した。また、微小磁石を用いた非破壊、両方向スピンの読み出し法を開発した。
[制御2]スピン制御技術
g因子制御、微小磁石ゲートや原子核によるオーバーハウザー場などに起因する不均一なゼーマン場の元での直列二重量子ドットの伝導現象を理論的に解析した。特にスピンボトルネック効果に着目した。またスピンに起因する電流閉塞現象で見られる過渡電流を調べ、その積分値が素電荷の分数倍になることを示し、実験と比較した。
[伝送2]表面弾性波による単一電子伝送
表面弾性波(SAW)発生器であるインターディジタルトランスデゥサーを作成し、その特性を評価した。更に、量子細線を伝播するSAW電流が量子化されることを確認し、必要技術の立ち上げをほぼ完了した。
[観測1]高速量子ビット測定技術
量子ドットのエネルギー反交差をキャパシタンスとして検出する技術の確立を目指した研究を行った。半導体ポイント接合(QPC)と二重量子ドットの結合系に独立に高周波信号を印加することにより、数十Hzから数GHzの広帯域でのキャパシタンス測定をオンチップの位相敏感測定(ロックイン検出)によって実現した。ドット間あるいはドット-電極間の電荷移動に伴い、QPCの平均電流の変化としてキャパシタンス信号が観測された。ドット間トンネル領域では、ドット間の量子力学的なトンネル結合を反映した量子キャパシタンスを観測した。

研究成果

• [雑誌論文] Coherent Manipulation of Individual Electron Spin in a Double Quantum Dot Integrated with a Micro-Magnet (2010)
  • 著者名/発表者名: T.Obata, M.Pioro-Ladri'ere, Y.Tokura, Y-S, Shin, T.Kubo, K.Yoshida, T.Taniyama, S.Tarucha
  • 雑誌名: Phys.Rev.B 81 ページ: 085317-085321
  • 査読あり
• [雑誌論文] Single-spin readout in a double quantum dot including a micro-magnet (2010)
  • 著者名/発表者名: Y-S.Shin, T.Obata, Y.Tokura, M.Pioro-Ladri'ere, R.Brunner, T.Kubo, K.Yoshida, S.Tarucha
  • 雑誌名: Phys.Rev.Lett. 104 ページ: 046802 1-4
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spin-polarized electric currents in quantum transport (2010)
  • 著者名/発表者名: O.Entin-Wohlman, A.Aharony, Y.Tokura, Y.Avishai
  • 雑誌名: Phys.Rev.B 81 ページ: 075439-075444
  • 査読あり
• [雑誌論文] Kondo effect in a semiconductor quantum dot with a spin-accumulated lead (2010)
  • 著者名/発表者名: T.Kobayashi, S.Tsuruta, S.Sasaki, T.Fujisawa, Y.Tokura, T.Akazaki
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett. 104 ページ: 036804 1-4
  • 査読あり
• [雑誌論文] Quantum spin transport in magnetic-field-engineered nano-structures (2010)
  • 著者名/発表者名: Y.Tokura, T.Kubo, Y.-S.Shin, K.Ono, S.Tarucha
  • 雑誌名: Physica E 42 ページ: 994-998
  • 査読あり
• [雑誌論文] Wide-band capacitance measurement on a semiconductor double quantum dot forstudying tunneling dynamics (2010)
  • 著者名/発表者名: 太田剛、林稔晶、村木康二、藤澤利正
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 96 ページ: 032104-1032104-3
  • 査読あり
• [雑誌論文] 2量子ビット演算を実現する半導体量子ビット (2010)
  • 著者名/発表者名: 太田剛
  • 雑誌名: ビジネスコミュニケーション ページ: 24-25
• [雑誌論文] Negative differential conductance in a quantum dot and possible application to ESR detection (2009)
  • 著者名/発表者名: K.Hitachi, A.Inoue, A.Oiwa, M.Yamamoto, M.Pioro-Ladriere, Y.Tokura, S.Tarucha
  • 雑誌名: J.Phys. : Conf.Ser. 150 ページ: 022026 1-3
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dynamical polarization effect of nuclear spin bath dragged by electron spin resonance in double qunatum dot integrated with micro-magnet (2009)
  • 著者名/発表者名: T.Obata, M.Pioro-Ladriere, Y.Tokura, R.Brunner, Y-S.Shin, T.Kubo, K.Yoshida, T.Taniyama, S.Tarucha
  • 雑誌名: J.Phys. : Conf.Ser. 193 ページ: 012046 1-3
  • 査読あり
• [雑誌論文] Transient current in spin blockade condition (2009)
  • 著者名/発表者名: Y.Tokura, K.Ono, S.Tarucha
  • 雑誌名: J.Phys.Conf.Ser. 193 ページ: 012102 1-3
  • 査読あり
• [雑誌論文] Modeling single-particle energy levels and resonance currents in a coherent electronic quantum dot mixer (2009)
  • 著者名/発表者名: C.Payette, B.Partoens, G.Yu, J.A.Gupta, D.G.Austing, S.V.Nair, S.Amaha, S.Tarucha
  • 雑誌名: Appl.Phys.Lett. 94 ページ: 222101 1-3
  • 査読あり
• [雑誌論文] Quantitative Estimation of Exchange Interaction Energy Using Two-Electron Vertical Double Quantum Dots (2009)
  • 著者名/発表者名: T.Kodera, K.Ono, Y.Kitamura, Y.Tokura, Y.Arakawa, S.Tarucha
  • 雑誌名: Phys.Rev.Lett. 102 ページ: 146802 1-4
  • 査読あり
• [学会発表] Spin blockade properties of weakly coupled quantum dots in the presence of near orbital degeneracy (2009)
  • 著者名/発表者名: S.Amaha, T.Hatano, Y.Tokura, K.Ono, T.Kodera, J.A.Gupta, D.G.Austing, S.Tarucha
  • 学会等名: International Symposium on Advanced Nanodevices and Nanotechnology 2009
  • 発表場所: Hawaii, USA
  • 年月日: 20091129-20091204
• [学会発表] Detection of zero-field spin accumulation by nuclear spins (2009)
  • 著者名/発表者名: Y.Tokura, T.Kubo, S.Tarucha
  • 学会等名: International Symposium on Advanced Nanodevices and Nanotechnology 2009
  • 発表場所: Hawaii, USA
  • 年月日: 20091129-20091204
• [学会発表] Transient current in spin blockade condition (2009)
  • 著者名/発表者名: Y.Tokura, K.Ono, S.Tarucha
  • 学会等名: The 16th International conference on Electron Dynamics In Semiconductors, Optoelectronics, and Nanostructures (EDISON16)
  • 発表場所: Montpellier, France
  • 年月日: 20090824-20090828
• [学会発表] Dynamical polarization effect of nuclear spin bath dragged by electron spin resonance in double quantum dot integrated with micro-magnet (2009)
  • 著者名/発表者名: T.Obata, M.Pioro-Ladriere, Y.Tokura, R.Brunner, Y.Shin, T.Kubo, K.Yoshida, T.Taniyama, S.Tarucha
  • 学会等名: The 16th International conference on Electron Dynamics In Semiconductors, Optoelectronics, and Nanostructures (EDISON16)
  • 発表場所: Montpellier, France
  • 年月日: 20090824-20090828
• [学会発表] Quantum interference effects in a laterally coupled triple quantum dotcontaining a quantum dot charge sensor (2009)
  • 著者名/発表者名: T.Kubo, Y.Tokura, T.Hatano, S.Amaha, S.Teraoka, S.Tarucha
  • 学会等名: The 18th international Conference on Electronic Properties of Two-Dimensional Systems (EP2DS18)
  • 発表場所: Kobe Japan
  • 年月日: 20090719-20090724
• [学会発表] Lifting of Coulomb blockade and Kondo effect in a quantum dot by highly-biased nearby a quantum point contact (2009)
  • 著者名/発表者名: K.Hitachi, A.Oiwa, S.Tarucha
  • 学会等名: The 18th international Conference on Electronic Properties of Two-Dimensional Systems (EP2DSl8)
  • 発表場所: Kobe Japan
  • 年月日: 20090719-20090724
• [学会発表] Single Electron Spin Addressing by Photon-assisted-tunneling for a Double Quantum Dot Integrated with a Micro-magnet (2009)
  • 著者名/発表者名: Y.-S.Shin, M.Pioro-Ladri ere, T.Obata, Y.Tokura, R.Brunner, T.Kubo, K.Yoshida, S.Tarucha
  • 学会等名: The 18th international Conference on Electronic Properties of Two-Dimensional Systems (EP2DS18)
  • 発表場所: Kobe Japan
  • 年月日: 20090719-20090724
• [学会発表] Electronic states in laterally coupled vertical triple quantum dots (2009)
  • 著者名/発表者名: S.Amaha, T.Hatano, H.Tamura, S.Teraoka, T.Kubo, Y.Tokura, D.G.Austing, S.Tarucha
  • 学会等名: The 18th international Conference on Electronic Properties of Two-Dimensional Systems (EP2DS18)
  • 発表場所: Kobe Japan
  • 年月日: 20090719-20090724
• [学会発表] Quantum spin transport in magnetic-field-engineered nano-structures (2009)
  • 著者名/発表者名: Y.Tokura, T.Kubo, Y.-S.Shin, K.Ono, S.Tarucha
  • 学会等名: The 18th international Conference on Electronic Properties of Two-Dimensional Systems (EP2DS18)
  • 発表場所: Kobe Japan
  • 年月日: 20090719-20090724
• [学会発表] Coherent Single Electron Manipulation in a Double Quantum Dot Specially Designed for Scalable Qubits (2009)
  • 著者名/発表者名: R.Brunner, M.Pioro-Ladri'ere, Y.Tokura, T.Obata, Y-S.Shin, T.Kubo, K.Yoshida, T.Taniyama, S.Tarucha
  • 学会等名: The 18th international Conference on Electronic Properties of Two-Dimensional Systems (EP2DS18)
  • 発表場所: Kobe Japan
  • 年月日: 20090719-20090724
• [学会発表] Manipulating single electron spins with micro-magnets (2009)
  • 著者名/発表者名: M.Pioro-Ladriere, R.Brunner, Y.Tokura, T.Obata, Y.-S.Shin, T.Kubo, K.Yoshida, T.Taniyama, S.Tarucha (Invited)
  • 学会等名: The 18th international Conference on Electronic Properties of Two-Dimensional Systems (EP2DS18)
  • 発表場所: Kobe Japan
  • 年月日: 20090719-20090724
• [学会発表] Gate adjustable coherent three and four level mixing in a vertical quantum dot molecule (2009)
  • 著者名/発表者名: C.Payette, S.Amaha, T.Hatano, K.Ono, J.A.Gupta, G.C.Aers, D.G.Austing, S.V.Nair, S.Tarucha
  • 学会等名: The 18th international Conference on Electronic Properties of Two-Dimensional Systems (EP2DS18)
  • 発表場所: Kobe Japan
  • 年月日: 20090719-20090724
• [学会発表] Resonant tunneling in a vertical pillar structure including a selfassembled quantum dot coupled with a quantum well (2009)
  • 著者名/発表者名: T.Kodera, K.Ono, N.Kumagai, T.Nakaoka, S.Tarucha, Y.Arakawa
  • 学会等名: The 18th international Conference on Electronic Properties of Two-Dimensional Systems (EP2DS18)
  • 発表場所: Kobe Japan
  • 年月日: 20090719-20090724
• [学会発表] Nuclear spin pumping in asymmetrical double dots (2009)
  • 著者名/発表者名: Y.Tokura, S.Amaha, R.Takahashi, K.Ono, S.Tarucha
  • 学会等名: Frontiers in Nanoscale Science and Technology Workshop (FNST-2009)
  • 発表場所: Boston, USA
  • 年月日: 20090529-20090531
• [学会発表] Coherent control of coupled semiconductor charge qubits (2009)
  • 著者名/発表者名: T.Fujisawa, G.Shinkai, T.Ota, T.Hayashi (Invited)
  • 学会等名: International Symposium on Advanced Nanodevices and Nanotechnology (ISANN)
  • 発表場所: アメリカ、ハワイ
  • 年月日: 2009-12-03
• [学会発表] 3つの電極と結合した2重量子ドットにおける電子輸送 (2009)
  • 著者名/発表者名: 久保敏弘, 市古雄城, 都倉康弘, 樽茶清悟
  • 学会等名: 日本物理学会2009年秋季大会
  • 発表場所: 熊本、日本
  • 年月日: 2009-09-26
• [学会発表] 3スピン量子ビットの実装に向けた横型3重量子ドットの作製と評価 (2009)
  • 著者名/発表者名: 高倉樹, ミシェル・ピオロラドリエル, 小幡利顕, 申潤錫, ローランド・ブルーナー,吉田勝治, 谷山智康, 樽茶清悟
  • 学会等名: 日本物理学会2009年秋季大会
  • 発表場所: 熊本、日本
  • 年月日: 2009-09-25
• [学会発表] Suppression of spin decoherence by an external magnetic field in a double quantum dot with split micro-magnet design (2009)
  • 著者名/発表者名: R.Brunner, Y.-S.Shin, Y.Tokura, B, M.Pioro-Ladriere, C, T.Obata, T.Kubo, K.Yoshida, T.Taniyama, S.Tarucha
  • 学会等名: 日本物理学会2009年秋季大会
  • 発表場所: 熊本、日本
  • 年月日: 2009-09-25
• [学会発表] Spin echo time measurements in a double quantum dot with split micro-magnets (2009)
  • 著者名/発表者名: Y.-S.Shin, R.Brunner, Y.Tokura, B, M.Pioro-Ladriere, C, T. Obata, T.Kubo, K.Yoshida, T.Taniyama, S.Tarucha
  • 学会等名: 日本物理学会2009年秋季大会
  • 発表場所: 熊本、日本
  • 年月日: 2009-09-25
• [学会発表] 微小磁石を用いた電子スピン共鳴におけるスピン緩和 (2009)
  • 著者名/発表者名: 都倉康弘, ローランド・ブルーナー, 小幡利顕, 申潤錫, 久保敏弘, 樽茶清悟
  • 学会等名: 日本物理学会2009年秋季大会
  • 発表場所: 熊本、日本
  • 年月日: 2009-09-25
• [学会発表] 微小磁石集積量子ドット電子双極子スピン共鳴におけるオーバーハウザー場の緩和測定セットアップ (2009)
  • 著者名/発表者名: 小幡利顕, 申潤錫, 都倉康弘, 鈴木孝輔, ローランド・ブルーナー, 久保敏弘, 吉田勝治, 谷山智康、 樽茶清悟
  • 学会等名: 日本物理学会2009年秋季大会
  • 発表場所: 熊本、日本
  • 年月日: 2009-09-25
• [学会発表] 超微細相互作用を利用した縦型二重量子ドット中の核スピン双方向分極制御 (2009)
  • 著者名/発表者名: 高橋諒、河野公俊, 樽茶清悟, 大野圭司
  • 学会等名: 日本物理学会2009年秋季大会
  • 発表場所: 熊本、日本
  • 年月日: 2009-09-25
• [学会発表] 縦型二重量子ドットにおける電子スピン-核スピン結合ダイナミクス (2009)
  • 著者名/発表者名: 近藤裕佑, 木村啓太, 山本倫久, 大野圭司, 樽茶清悟
  • 学会等名: 日本物理学会2009年秋季大会
  • 発表場所: 熊本、日本
  • 年月日: 2009-09-25
• [学会発表] 軌道縮退を持つ弱結合2重量子ドットにおける奇数電子スピンプロッケイド (2009)
  • 著者名/発表者名: 天羽真一, 羽田野剛司, 大野圭司, B, 寺岡総一郎, 久保敏弘, 都倉康弘, C, J.Gupta, D.G, Austing, 樽茶清悟
  • 学会等名: 日本物理学会2009年秋季大会
  • 発表場所: 熊本、日本
  • 年月日: 2009-09-25
• [学会発表] Single InAs Self-assembled Quantum Dot Contacted to a Superconductor (2009)
  • 著者名/発表者名: S.Tarucha (Invited)
  • 学会等名: Annual MESA+ meeting 2009
  • 発表場所: Twente, Holland
  • 年月日: 2009-09-21
• [学会発表] Physics and Technology for Spin-based Quantum Computation with Quantum Dots : Electrical control and detection of single charges and spins & Quantum control of electron spins for quantum computation (2009)
  • 著者名/発表者名: S.Tarucha (Plenary)
  • 学会等名: Frontiers of Quantum Transport and Quantum Computation 2009
  • 発表場所: Yellow Mountain, China
  • 年月日: 2009-09-07
• [学会発表] Full control of a flying charge qubit : detection and control of transmission phase shift by Ramsey interference (2009)
  • 著者名/発表者名: Michihisa Yamamoto, Christopher Bauerle, Seigo Tarucha
  • 学会等名: The 18th international Conference on Electronic Properties of Two-Dimensional Systems (EP2DS18)
  • 発表場所: Kobe Japan
  • 年月日: 2009-07-23
• [学会発表] Detection of optically injected single electron charge and spin in a quantum dot using a quantum point contact (2009)
  • 著者名/発表者名: H.Kiyama, T.Fujita, G.Allison, T.Asayama, A.Pioda, A.Oiwa, S.Tarucha
  • 学会等名: The 18th international Conference on Electronic Properties of Two-Dimensional Systems (EP2DS18)
  • 発表場所: Kobe Japan
  • 年月日: 2009-07-23
• [学会発表] Triple quantum dots with micro-magnets fbr implementing three spin qubits (2009)
  • 著者名/発表者名: T.Takakura, M.Pioro-Ladri'ere, T.Obata, Y.-S.Shin, R.Brunner, K.Yoshida, T.Taniyama, S.Tarucha
  • 学会等名: The 18th international Conference on Electronic Properties of Two-Dimensional Systems (EP2DS18)
  • 発表場所: Kobe Japan
  • 年月日: 2009-07-21
• [学会発表] Triple Quantum Dots with Micro-Magnets Specially Designed for Implementing Three Spin Qubits (2009)
  • 著者名/発表者名: T.Takakura, M.Pioro-Ladriere, T.Obata, Y.S.Shin, R.Brunner, K.Yoshida, T.Taniyama, S.Tarucha
  • 学会等名: Frontiers in Nanoscale Science and Technology Workshop (FNST-2009)
  • 発表場所: Boston, USA
  • 年月日: 2009-05-29
• [学会発表] Gate Voltage Control of a Flying Charge Qubit and Observation of Transmission Phase Shift in an Aharonov-Bohm Ring (2009)
  • 著者名/発表者名: M.Yamamoto, C.Bauerle, S.Tarucha
  • 学会等名: Frontiers in Nanoscale Science and Technology Workshop (FNST-2009)
  • 発表場所: Boston, USA
  • 年月日: 2009-05-29
• [備考]
  • URL: http://www.brl.ntt.co.jp/group/butsuryo-g/index-j.html
• [備考]
  • URL: http://www.brl.ntt.co.jp/gr0up/ryousei-g/index-j.html