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2017 年度 実績報告書

超伝導量子ビットと光の間の量子インターフェイスの実現

研究課題

研究課題/領域番号 15H05461
研究機関東京大学

研究代表者

宇佐見 康二  東京大学, 先端科学技術研究センター, 准教授 (90500116)

研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2018-03-31
キーワード量子インターフェイス / 強磁性体
研究実績の概要

本研究の目的は、冷却原子で実現された常磁性スピン集団やナノメカニクスと光やマイクロ波等の電磁波との相互作用の研究を有機的・建設的に融合し、磁気秩序を持った強磁性スピン系を用いてマイクロ波-光変換を実現することである。将来的には、この変換機構を希釈冷凍機内の極低温下で動作する超伝導量子ビットと通信班長帯の光との間の量子的なインターフェイスとして活用することを念頭に置いている。

強磁性体内に励起される強磁性静磁波モードと光とは、ファラデー効果と介したパラメトリック過程(スピンラマン過程)で非共鳴に結合させる。一方、マイクロ波とは、マイクロ波空洞共振器内の磁場の最大点に強磁性体を設置することで、磁気双極子相互作用により強磁性静磁波モードと共鳴的に結合する。

H27年度は、マイクロ波-光間で双方向的なコヒーレント変換を強磁性体であるイッテリウム鉄ガーネット(YIG)の球状試料を介して実証し、その変換効率が強磁性静磁波モードと光の間の結合の弱さで律速されていることを見出した。H28年度は、その増強を目指し、強磁性体球自体を光のウィスパリングギャラリーモード共振器として利用した「共振器オプトマグノニクス」の研究を実施した。H29年度は、共振器オプトマグノニクス系において、光のウィスパリングギャラリーモードと磁化振動としての静磁波モードの双方が持つ軌道角運動量が、光のブリルアン散乱過程で2者の間で交換することを見出した。この新しい軌道角運動量の保存則のために、球状試料内を周回する光の進行方向によって大きくブリルアン散乱の強度が変わる非相反性として実験的にあらわにあることを発見した。

現在までの達成度 (段落)

29年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

29年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (10件)

すべて 2018 2017

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (9件) (うち国際学会 4件、 招待講演 6件)

  • [雑誌論文] Brillouin Light Scattering by Magnetic Quasivortices in Cavity Optomagnonics2018

    • 著者名/発表者名
      A. Osada, A. Gloppe, R. Hisatomi, A. Noguchi, R. Yamazaki, M. Nomura, Y. Nakamura, and K. Usami
    • 雑誌名

      Phys. Rev. Lett.

      巻: 120 ページ: 133602

    • DOI

      https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.120.133602

    • 査読あり
  • [学会発表] Caivty opto-magnonics with ferromagnetic spheres2018

    • 著者名/発表者名
      Koji Usami
    • 学会等名
      43rd Reimei/GP-Spin/ICC-IMR International Workshop "New Excitations in Spintronics"
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] マグノンブリルアン散乱のヘテロダイン分光法による局在モードイメージング2018

    • 著者名/発表者名
      馬場翔太郎, 久富隆佑, 中田陽介, 宇佐見康二, 中村泰信
    • 学会等名
      日本物理学会
  • [学会発表] Cavity optomagnonics with spherical magnets2017

    • 著者名/発表者名
      Koji Usami
    • 学会等名
      Workshop Optomagnonics 2017
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] (Tutorial) Bridge over troubled gap between spins and light2017

    • 著者名/発表者名
      Koji Usami
    • 学会等名
      The 5th CEMS Topical Research Camp on 'Photon & Material'
    • 招待講演
  • [学会発表] Cavity optomagnonics with spherical magnets2017

    • 著者名/発表者名
      Koji Usami
    • 学会等名
      Impurity Spins for Quantum Information and Technologies
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 磁気双極子 双極子相互作用をしている強磁性体絶縁体とアルカリ原子気体のマイクロ波 光分光2017

    • 著者名/発表者名
      森亮介, 久富隆佑, 佐藤健次, 宇佐見康二, 中村泰信, 関口直太, 畠山温, 井口亮, 齊藤英治
    • 学会等名
      日本物理学会
  • [学会発表] Spherical cavity optomagnonics with high-order magnetostatic modes2017

    • 著者名/発表者名
      Arnaud Gloppe, Alto Osada, Ryusuke Hisatomi, Yosuke Nakata, Koji Usami, Yasunobu Nakamura
    • 学会等名
      日本物理学会
  • [学会発表] 共振器オプトマグノニクス2017

    • 著者名/発表者名
      宇佐見康二
    • 学会等名
      豊田理研ワークショップ 「スピン秩序の動的光制御」
    • 招待講演
  • [学会発表] Opto-magnonics with Yttrium Iron Garnet2017

    • 著者名/発表者名
      Koji Usami
    • 学会等名
      62nd Annual Conference on Magnetism and Magnetic Materials (MMM 2017)
    • 国際学会 / 招待講演

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公開日: 2018-12-17  

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