物質間の自発的量子もつれ生成へ向けた幾何学的量子光学の創成

2019 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 16K13818
• 研究種目: 挑戦的萌芽研究
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 物性Ⅰ
• 研究機関: 横浜国立大学
• 研究代表者: 小坂 英男 横浜国立大学, 大学院工学研究院, 教授 (20361199)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2020-03-31
• キーワード: ハイブリッド量子 / スピントロニクス / 量子光学 / 量子エレクトロニクス

研究成果の概要

超広帯域のコヒーレントな電磁波を用いた物質の様々な自由度のコヒーレント励起により、通常は不可能な縮退した論理量子を幾何学的に制御した。光子と物質の様々な量子の幾何学的な量子状態を、物質に内在する量子もつれの力とデジタルコヒーレント制御技術の協力で一括して自由自在に制御する手法を開発した。磁場を完全に排除することで縮退したダイヤモンド中の単一窒素空孔中心（NV中心）のスピン部分系を論理的量子として用い、物質内の軌道スピン相互作用、超微細相互作用という物質に内在する異種量子間の相互作用を媒介とし、コヒーレントな電磁波によるスピンの幾何学的量子操作を行った。

自由記述の分野

量子情報物理

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究の特色は、通常は不可能な縮退した論理量子を操作する点にある。このような論理量子は、環境ノイズや操作誤差に強いことが予想される。いわゆるフォールトトレラントな論理量子を自在に操作し、異種の論理量子間の量子もつれ状態も自在に生成、制御、測定できると期待される。量子光学の技術をマイクロ波やラジオ波など電磁場全域に拡大することで、これまでコヒーレント光学、電子スピン共鳴、核スピン共鳴など個別に発展してきた学問領域を一括して扱うことによる相乗効果で量子光学により啓発された物性物理学の飛躍的な発展を促すという意義がある。