2個の磁束型量子ビットの結合系に関する研究

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13740212
• 研究機関: 横浜国立大学
• 研究代表者: 島津 佳弘 横浜国立大学, 大学院・工学研究院, 助教授 (70235612)
• キーワード: ジョセフソン接合 / 量子ビット / 微小トンネル接合 / DC-SQUID

研究概要

3個のジョセフソン接合を含む超伝導ループは、量子コヒーレンスを示すことから磁束量子ビットとして応用できると考えられている。量子コンピュータに応用される量子論理回路においては、複数の量子ビットで構成される量子論理ゲートが不可欠な構成要素である。本研究では、2個の磁束量子ビットが相互インダクタンスを通じて結合した試料の動作測定、及び数値シミュレーションを実施した。結合度を十分に大きくするために、約80pHという大きめの相互インダクタンスをもつ試料について、^3Heライオスタット及び希釈冷凍機を使って低温における磁束測定を行った。磁束測定は、量子ビットと結合したDC-SQUIDの臨界電流測定及びFlux locked loopの両方の方式で行った。測定の結果、各ビットを流れる巡回電流が異なる磁場で反転し、量子ビット内の磁束が磁束量子の半整数倍付近のときに、量子ビットの磁気モーメントが反平行の状態が実現していることが実証された。この実験結果を、古典的数値シミュレーションによってよく説明することができた。本研究において測定された量子ビットに含まれるジョセフソン接合のジョセフソンエネルギーと帯電エネルギーの比は約400と大きいことから、古典的動作を明確に示しているものと考えられる。限られた磁場領域において、量子ビットの2状態の間の振動現象を観測した。振動のメカニズムに量子トンネリングが関与している可能性があり、考察を進めている。

研究成果

• [文献書誌] Y.Shimazu: "Inductive coupling of two superconducting loops with three Josephson junctions"Physica E. (印刷中). (2003)
• [文献書誌] Y.Shimazu, T.Nakano: "Two flux qubits with Josephson junctions coupled through mutual inductance"Abstracts of the Second International Workshop on Quantum Nonplanar Nanostructures & Nanoelectronics. 129-131 (2002)
• [文献書誌] Y.Shimazu, T.Nakano: "Continuous measurement of magnetic flux of two qubits with Josephson junctions coupled through mutual inductance"Abstracts of the International Symposium 'Carrier Interactions and Spintronics in Nanostructures'. 34 (2003)
• [文献書誌] 島津佳弘, 中野剛善: "結合した2個の磁束量子ビットの磁束測定"日本物理学会58回年次大会講演概要集. 58,1. 607 (2003)
• [文献書誌] 島津佳弘, 中野剛善: "^4He温度におけるAlのDC-SQUIDの特性"日本物理学会2002年秋季大会講演概要集. 57,2. 565 (2002)