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2011 年度 実績報告書

開放型イオントラップ系による量子情報処理

計画研究

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 21102006
研究機関大阪大学

研究代表者

占部 伸二  大阪大学, 基礎工学研究科, 教授 (20304040)

キーワードイオントラップ / 量子情報処理 / レーザー冷却
研究概要

本研究では平面型のプレーナーイオントラップの開発及び断熱的な手法を用いたイオンの量子状態制御の研究を進めている。平面型のプレーナーイオントラップの開発においては、昨年度、開発したパラメトリック共鳴を用いたイオンのマイクロ運動の補正方法をプレーナートラップに適用し、全方向のマイクロ運動を低減することができた。並行して大規模集積化のための多数のトラップ領域から成る電極を設計した。より小型で高い永年周波数が得られるように、イォンの捕獲される高さを200μmに設定し、電極配置の最適化を行った。このトラップでイオンの捕獲実験を行い、設計に近い特性でイオンの捕獲に成功した。また、トラップ間でのイオンの輸送実験を行い、多数個のイオン及び単一イオンの輸送に成功した。
断熱的な手法を用いたイオンの量子状態制御の研究においては、単一^<40>Ca^+イオンの電気四重極子遷移の一つの下準位と三つの上準位からなるtripod系における2つの暗状態を用い、STIRAP(Stimulated Raman Adiabatic Passage)により断熱的操作を行うことにより、イオン系では初めて幾何学的位相因子のみによる単一量子ビットゲート操作を実現した。Z,X回転において可視度0.9以上で占有数が変化することを確認した。また、断熱的手法による振動の個数状態の発生実験を実施した。さらに、RF遷移におけるドレスト状態とMolmer-Sorensen法によるエンタングリング相互作用を用いて、初めてRF遷移におけるエンタングル状態を直接生成することに成功した。さらにこのエンタングル状態が200ms以上の寿命を持ち、磁場揺らぎによる擾乱に対し耐性を備えた「デコヒーレンスフリー状態」であることを示した。

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

新たに研究開発を進めている平面型イオントラップについて量子情報処理実験へ用いるめどが立ちつつあること、また断熱的な手法を用いた量子ゲート実験では、量子もつれ状態の発生実験が進み、新たな手法の開発や成果が得られてきていること。

今後の研究の推進方策

平面型イオントラップの研究においては、イオンの輸送と組み合わせた量子ゲートや量子シミュレーションの実験に向けてのイオントラップの改良と実験を行う。断熱的な手法を用いた量子ゲート実験においては、イオンの個数を増加させ、多数個での実験を行う予定である。

  • 研究成果

    (23件)

すべて 2012 2011

すべて 雑誌論文 (7件) (うち査読あり 7件) 学会発表 (16件)

  • [雑誌論文] Generation of a Decoherence-Free Entangled State Using a Radio-Frequency Dressed State2012

    • 著者名/発表者名
      Atsushi Noguchi, shinsuke Haze, Kenji Toyoda, and Shinji Urabe
    • 雑誌名

      Phys. Rev. Lett

      巻: 108 ページ: 060503

    • DOI

      10.1103/PhysRevLett.108.060503

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Observation of phonon hopping in radial vibrational modes of trapped ions2012

    • 著者名/発表者名
      Shinsuke Haze, Yusuke Tateishi, Atsushi Noguchi, Kenji Toyoda, and Shinji Urabe
    • 雑誌名

      Phys. Rev. A

      巻: Vol. 85 ページ: 031401(R)

    • DOI

      10.1103/PhysRevA.85.031401

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Detection of parametric resonance of trapped ions for micromotion compensation2011

    • 著者名/発表者名
      Y. Ibaraki, U. Tanaka, and S. Urabe
    • 雑誌名

      Appl. Phys. B

      巻: Vol.105 ページ: 219-223

    • DOI

      10.1007/s00340-011-4463-x

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Sideband Excitation of Trapped Ions by Rapid Adiabatic Passage for Manipulation of Motional State2011

    • 著者名/発表者名
      T. Watanabe, S. Nomura, K. Toyoda, and S. Urabe
    • 雑誌名

      Phys. Rev. A

      巻: 84 ページ: 033412

    • DOI

      10.1103/PhysRevA.84.033412

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Measurement of the coherence time of the ground-state Zeeman states in 40Ca+2011

    • 著者名/発表者名
      S.Haze, T.Ohno, K.Toyoda, S.Urabe
    • 雑誌名

      Appl.Phys.B

      巻: 105 ページ: 761-765

    • DOI

      10.1007/s00340-011-4603-3

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Realization of fast Rabi oscillations in RF magnetic resonance of ground Zeeman state of 40Ca+2011

    • 著者名/発表者名
      Takao Ohno, Kensuke Uchida, Shinsuke Haze, Kenji Toyoda, Shinji Urabe
    • 雑誌名

      Jpn.J.Appl.Phys.

      巻: 50 ページ: 122801-1-122801-6

    • DOI

      10.1143/JJAP.50.122801

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Micromotion compensation in a surface electrode trap by parametric excitation of trapped ions2011

    • 著者名/発表者名
      U.Tanaka, K.Masuda, Y.Akimoto, K.Koda, Y.Ibaraki, S.Urabe
    • 雑誌名

      Appl.Phys.B

      巻: (Online-first)

    • DOI

      10.1007/s00340-011-4762-2

    • 査読あり
  • [学会発表] トラップイオンを用いたデコヒーレンスフリースピンスクイーズ状態の生成に向けて2012

    • 著者名/発表者名
      野口篤史、土師慎祐、豊田健二、占部伸二
    • 学会等名
      日本物理学会第67回年次大会
    • 発表場所
      関西学院大学西宮上ヶ原キャンパス、兵庫県
    • 年月日
      2012-03-24
  • [学会発表] 多領域プレーナートラップを用いたイオンの移動2012

    • 著者名/発表者名
      神田和輝、岡田壮平、茨木友希、田中歌子、占部伸二
    • 学会等名
      日本物理学会第67回年次大会
    • 発表場所
      関西学院大学西宮上ヶ原キャンパス、兵庫県
    • 年月日
      2012-03-24
  • [学会発表] ^<40>Ca^+を用いたJaynes-Cummings-Hubbardモデルの量子シミュレーションI2012

    • 著者名/発表者名
      立石勇介、土師慎祐、野口篤史、豊田健二、占部伸二
    • 学会等名
      日本物理学会第67回年次大会
    • 発表場所
      関西学院大学西宮上ヶ原キャンパス、兵庫県
    • 年月日
      2012-03-24
  • [学会発表] 2次元的なイオン配列を目指したプレーナートラップの開発2012

    • 著者名/発表者名
      茨木友希、神田和輝、岡田壮平、田中歌子、占部伸二
    • 学会等名
      日本物理学会第67回年次大会
    • 発表場所
      関西学院大学西宮上ヶ原キャンパス、兵庫県
    • 年月日
      2012-03-24
  • [学会発表] ^<115>In^+ ^1S_0-^3P_1励起用230nmコヒーレント光の生成2012

    • 著者名/発表者名
      北中智大, 神田昂宗, 田中歌子, 早坂和弘, 占部伸二
    • 学会等名
      日本物理学会第67回年次大会
    • 発表場所
      関西学院大学西宮上ヶ原キャンパス、兵庫県
    • 年月日
      2012-03-24
  • [学会発表] プレーナートラップの開発-多領域間のイオン輸送実験と2次元イオン配列用トラップの報告-2012

    • 著者名/発表者名
      田中歌子、茨木友希、神田和輝、岡田壮平、占部伸二
    • 学会等名
      第一回イオントラップ研究交流会
    • 発表場所
      電気通信大学、東京都
    • 年月日
      2012-03-21
  • [学会発表] RFドレスト状態を用いたデコヒーレンスフリーエンタングルド状態・スピンスクイーズド状態の生成2012

    • 著者名/発表者名
      野口篤史、土師慎祐、豊田健二、占部伸二
    • 学会等名
      第一回イオントラップ研究交流会
    • 発表場所
      電気通信大学、東京都
    • 年月日
      2012-03-21
  • [学会発表] Development of a surface trap for two dimensional ion array2011

    • 著者名/発表者名
      Y.Ibaraki, U.Tanaka, S.Urabe
    • 学会等名
      量子情報処理プロジェクト全体会議2011
    • 発表場所
      京都国際ホテル、京都府
    • 年月日
      2011-12-14
  • [学会発表] Shuttling of ions in a segmented surface trap2011

    • 著者名/発表者名
      K.Koda, S.Okada, Y.Ibaraki, U.Tanaka, S.Urabe
    • 学会等名
      量子情報処理プロジェクト全体会議2011
    • 発表場所
      京都国際ホテル、京都府
    • 年月日
      2011-12-14
  • [学会発表] Greneration of a decoherence-free entangled state using a radio frequency dressed state2011

    • 著者名/発表者名
      Atsushi Noguchi, Shinsuke Haze, Kenji Toyoda, Shinji Urabe
    • 学会等名
      量子情報処理プロジェクト全体会議2011
    • 発表場所
      京都国際ホテル、京都府
    • 年月日
      2011-12-14
  • [学会発表] イオントラップを用いた量子シミュレーションに向けた動径振動モードフォノンホッピングの観測2011

    • 著者名/発表者名
      土師慎祐、立石勇介、野口篤史、豊田健二、占部伸二
    • 学会等名
      量子情報技術研究会(QIT)
    • 発表場所
      大阪大学基礎工学研究科国際棟、大阪府
    • 年月日
      2011-11-22
  • [学会発表] RFドレスト状態を用いたデコヒーレンスフリーエンタングルメント状態の生成2011

    • 著者名/発表者名
      野口篤史、土師慎祐、豊田健二、占部伸二
    • 学会等名
      量子情報技術研究会(QIT)
    • 発表場所
      大阪大学基礎工学研究科国際棟、大阪府
    • 年月日
      2011-11-22
  • [学会発表] ^<115>In^+光周波数標準に向けた^<115>In^+-^<40>Ca^+共同冷却の最適化2011

    • 著者名/発表者名
      神田昂宗、北中智大、田村健太郎、豊田健二、田中歌子、早坂和弘、占部伸二
    • 学会等名
      日本物理学会2011年秋季大会
    • 発表場所
      富山大学五福キャンパス、富山県
    • 年月日
      2011-09-23
  • [学会発表] Jaynes-Cummings-Hubbardモデルの量子シミュレーションに向けた^<40>Ca^+の動径振動状態操作2011

    • 著者名/発表者名
      土師慎祐、立石勇介、野口篤史、豊田健二、占部伸二
    • 学会等名
      日本物理学会2011年秋季大会
    • 発表場所
      富山大学五福キャンパス、富山県
    • 年月日
      2011-09-23
  • [学会発表] ^<40>Ca^+の誘導ラマン断熱通過法を用いたエンタングルド状態2011

    • 著者名/発表者名
      野口篤史、内田健介、大野貴生、土師慎祐、豊田健二、占部伸二
    • 学会等名
      日本物理学会2011年秋季大会
    • 発表場所
      富山大学五福キャンパス、富山県
    • 年月日
      2011-09-23
  • [学会発表] Realization of robust single-qubit operations with purely geometric phase factors2011

    • 著者名/発表者名
      K.Toyoda, K.Uchida, S.Haze, S.Urabe
    • 学会等名
      2011 IQEC/CLEO Pacific Rim Conference
    • 発表場所
      オーストラリアSydney convention and exhibition center
    • 年月日
      2011-08-31

URL: 

公開日: 2013-06-26  

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