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2010 年度 研究成果報告書

コヒーレント状態と固体量子ビットに基づく量子情報処理の研究

研究課題

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研究課題/領域番号 18001002
研究種目

特別推進研究

配分区分補助金
審査区分 理工系
数物系科学
研究機関国立情報学研究所

研究代表者

山本 喜久  国立情報学研究所, 情報学プリンシプル研究系, 教授 (60370102)

研究分担者 伊藤 公平  慶應義塾大学, 理工学部, 教授 (30276414)
仙場 浩一  NTT物性科学基礎研究所, 量子電子物性研究部・超伝導量子物理研究グループ, グループリーダー (50393773)
根本 香絵  国立情報学研究所, 情報学プリンシプル研究系, 教授 (80370104)
研究協力者 SPILLER Timothy P.  University of Leeds, Professor
MILBURN Gerard  University of Queensland, Department of Physics, Professor
MUNRO William J.  NTT物性科学基礎研究所, 量子光物性研究部, リサーチスペシャリスト
研究期間 (年度) 2006 – 2010
キーワード量子コンピュータ / 超高速情報処理 / 微小共振器 / 光物性 / 超伝導材料・素子 / 電子スピン / 磁気共鳴 / Cavity & circuit QED
研究概要

コヒーレント状態の光パルスと固体量子ビットに基づく誤り耐性量子コンピュータのアーキテクチャーと要素技術の開発を行なった。アーキテクチャーにおいては、物理層から応用層に至る5層の階層構造を提案し、素因数分解と量子化学計算という2つのアルゴリズムを実行するためのリソース(量子ビット数10^8~10^9、計算時間1~10日)を明らかにした。要素技術においては、光パルス制御半導体スピン、トンネルエネルギー可変型超伝導磁束量子の制御技術、デコヒーレンス特性の解明を進めた。

  • 研究成果

    (30件)

すべて 2012 2011 2010 2009 2008 2007 2006 その他

すべて 雑誌論文 (18件) (うち査読あり 18件) 学会発表 (2件) 備考 (4件) 産業財産権 (6件)

  • [雑誌論文] Coherent storage of photoexcited triplet states using ^<29>Si nuclear spins in silicon2012

    • 著者名/発表者名
      W. Akhtar, V. Filidou, T. Sekiguchi, E. Kawakami, T. Itahashi, L. Vlasenko, J. J. L. Morton, and K. M. Itoh
    • 雑誌名

      Phys. Rev. Lett.

      巻: 108 ページ: 097601

    • DOI

      DOI:10.1103/PhysRevLett.108.097601

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Electron spin coherence exceeding seconds in high purity silicon2012

    • 著者名/発表者名
      A. M. Tyryshkin, S. Tojo, J. J. L. Morton, H. Riemann, N. V. Abrosimov, P. Becker, H.-J. Pohl, T. Schenkel, M. L. W. Thewalt, K. M. Itoh, and S. A. Lyon
    • 雑誌名

      Nature Materials

      巻: 11 ページ: 143-147

    • DOI

      DOI:10.1038/nmat3182

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Coherent coupling of a superconducting flux qubit to an electron spin ensemble in diamond2011

    • 著者名/発表者名
      X. Zhu, S. Saito, A. Kemp, K. Kakuyanagi, S. Karimoto, H. Nakano, W. J. Munro, Y. Tokura, M. S. Everitt, K. Nemoto, M. Kasu, N. Mizuochi, and K. Semba
    • 雑誌名

      Nature

      巻: 478 ページ: 221-224

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Superconducting qubit as a quantum transformer routing entanglement between a microscopic quantum memory and a macroscopic resonator2011

    • 著者名/発表者名
      A. Kemp, S. Saito, W. J. Munro, K. Nemoto, and K. Semba
    • 雑誌名

      Phys. Rev. B

      巻: 84 ページ: 104505

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Dynamical d-wave condensation of exciton-polaritons in a two-dimensional square-lattice potential2011

    • 著者名/発表者名
      N. Y. Kim, K. Kusudo, C. Wu, N. Masumoto, A. Loffler, S. Hofling, N. Kumada, L. Worschech, A. Forchel, and Y. Yamamoto
    • 雑誌名

      Nature Physics

      巻: 7 ページ: 681-686

    • DOI

      DOI:10.1038/nphys2012

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Entanglement in a solid-state spin ensemble2011

    • 著者名/発表者名
      S. Simmons, R. M. Brown, H. Riemann, N. V. Abrosimov, P. Becker, H.-J. Pohl, M. L. W. Thewalt, K. M. Itoh, and J. J. L. Morton
    • 雑誌名

      Nature

      巻: 470 ページ: 69-72

    • DOI

      DOI:10.1038/nature09696

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Storage of multiple coherent microwave excitations in an electron spin ensemble2010

    • 著者名/発表者名
      H. Wu, R. E. George, J. H. Wesenberg, K. Molmer, D. I. Schuster, R. J. Schoelkopf, K. M. Itoh, A. Ardavan, J. J. L. Morton, and G. A. D. Briggs
    • 雑誌名

      Phys. Rev. Lett.

      巻: 105 ページ: 140503

    • DOI

      DOI:10.1103/PhysRevLett.105.140503

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Electron spin coherence of phosphorus donors in silicon: Effect of environmental nuclei2010

    • 著者名/発表者名
      E. Abe, A. M. Tyryshkin, S. Tojo, J. J. L. Morton, W. M. Witzel, A. Fujimoto, J. W. Ager, E. E. Haller, J. Isoya, S. A. Lyon, M. L. W. Thewalt, and K. M. Itoh
    • 雑誌名

      Phys. Rev. B

      巻: 82 ページ: 121201(R)

    • DOI

      DOI:10.1103/PhysRevB.82.121201

    • 査読あり
  • [雑誌論文] From quantum multiplexing to high-performance quantum networking2010

    • 著者名/発表者名
      W. J. Munro, K. A. Harrison, A. M. Stephens, S. J. Devitt, and K. Nemoto
    • 雑誌名

      Nature Photonics

      巻: 4 ページ: 792-796

    • DOI

      DOI:10.1038/nphoton.2010.213

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Ultrafast optical spin echo in a single quantum dot2010

    • 著者名/発表者名
      D. Press, K. De Greve, P.L. McMahon, T.D. Ladd, B. Friess, C. Schneider, M. Kamp, S. Hofling, A. Forchel, and Y. Yamamoto
    • 雑誌名

      Nature Photonics

      巻: 4 ページ: 367-370

    • DOI

      DOI:10.1038/nphoton.2010.83

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Architectural design for a topological cluster state quantum computer2009

    • 著者名/発表者名
      S. J Devitt, A. G. Fowler, A. M. Stephens, A. D. Greentree, L. C. L Hollenberg, W. J. Munro, and K. Nemoto
    • 雑誌名

      New J. Phys.

      巻: 11 ページ: 083032

    • DOI

      DOI:10.1088/1367-2630/11/8/083032

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Quantum repeater with encoding2009

    • 著者名/発表者名
      L. Jiang, J. M. Taylor, K. Nemoto, W. J. Munro, R. V. Meter, and M. D. Lukin
    • 雑誌名

      Phys. Rev. A

      巻: 79 ページ: 032325

    • DOI

      DOI:10.1103/PhysRevA.79.032325

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Quantum state control, entanglement, and readout of the Josephson persistent-current qubit2009

    • 著者名/発表者名
      K. Semba, J. Johansson, K. Kakuyanagi, H. Nakano, S. Saito, H. Tanaka, and H. Takayanagi
    • 雑誌名

      Quantum Information Processing(Special Issue: Quantum Computing with Superconducting Qubits, Ed. By A. Korotkov, Springer-Verlag)

      巻: Volume 8, Issue 2 ページ: 199-215

    • DOI

      DOI:10.1007/s11128-009-0098-9

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Complete quantum control of a single quantum dot spin using ultrafast optical pulses2008

    • 著者名/発表者名
      D. Press, T.D. Ladd, B. Zhang, and Y. Yamamoto
    • 雑誌名

      Nature

      巻: 456 ページ: 218-221

    • DOI

      DOI:10.1038/nature07530

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Observation of Bogoliubov excitations in exciton-polariton condensates2008

    • 著者名/発表者名
      S. Utsunomiya, L. Tian, G. Roumpos, C.W. Lai, N. Kumada, T. Fujisawa, M. Kuwata-Gonokami, A. Loffler, S. Hofling, A. Forchel, and Y. Yamamoto
    • 雑誌名

      Nature Physics

      巻: 4 ページ: 700-705

    • DOI

      DOI:10.1038/nphys1034

    • 査読あり
  • [雑誌論文] High-bandwidth hybrid quantum repeater2008

    • 著者名/発表者名
      W. J. Munro, R. Van Meter, S. G. R. Louis, and K. Nemoto
    • 雑誌名

      Phys. Rev. Lett.

      巻: 101 ページ: 040502

    • DOI

      DOI:10.1103/PhysRevLett.101.040502

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Coherent zero-state and π-state in an exciton-polariton condensate array2007

    • 著者名/発表者名
      C. W. Lai, N. Y. Kim, S. Utsunomiya, G. Roumpos, H. Deng, M. D. Fraser, T. Byrnes, P. Recher, N. Kumada, T. Fujisawa, and Y. Yamamoto
    • 雑誌名

      Nature

      巻: 450 ページ: 529-532

    • DOI

      DOI:10.1038/nature06334

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Vacuum Rabi oscillations in a macroscopic superconducting qubit LC oscillator system2006

    • 著者名/発表者名
      J. Johansson, S. Saito, T. Meno, H. Nakano, M. Ueda, K. Semba, and H. Takayanagi
    • 雑誌名

      Phys. Rev. Lett.

      巻: 96 ページ: 127006

    • DOI

      DOI:10.1103/PhysRevLett.96.127006

    • 査読あり
  • [学会発表] Coupling an ensemble to a superconducting qubit2011

    • 著者名/発表者名
      X. Zhu
    • 学会等名
      26th International Conference on Low Temperature Physics (LT26)
    • 発表場所
      Beijing, China
    • 年月日
      2011-08-11
  • [学会発表] Vacuum Rabi oscillations observed in a flux qubit LC-oscillator system2007

    • 著者名/発表者名
      K. Semba
    • 学会等名
      American Physical Society Match meeting
    • 発表場所
      Denver, USA
    • 年月日
      2007-03-05
  • [備考]

    • URL

      http://www.qis-tokyo.jp/index.html

  • [備考]

    • URL

      http://www.appi.keio.ac.jp/Itoh_group/

  • [備考]

    • URL

      http://www.brl.ntt.co.jp/J/group_007/group_007.html

  • [備考]

    • URL

      http://www.qis.ex.nii.ac.jp/

  • [産業財産権] 量子計算装置および量子もつれ制御方法2012

    • 発明者名
      角柳孝輔、中ノ勇人、仙場浩一、上田正仁
    • 権利者名
      日本電信電話株式会社
    • 産業財産権番号
      特許,4913501
    • 取得年月日
      2012-01-27
  • [産業財産権] 素子状態読み出し装置、方法、および透過型ジョセフソン共振回路2011

    • 発明者名
      角柳孝輔、仙場浩一
    • 権利者名
      日本電信電話株式会社
    • 産業財産権番号
      特許,4733085
    • 取得年月日
      2011-04-28
  • [産業財産権] 量子状態制御方法2010

    • 発明者名
      角柳孝輔、ケンプ アレクサンダー、仙場浩一
    • 権利者名
      日本電信電話株式会社
    • 産業財産権番号
      特許,2010-205245
    • 出願年月日
      2010-09-14
  • [産業財産権] 超伝導磁束量子ビット回路2010

    • 発明者名
      ズー・シャオボ、齊藤志郎、ケンプ・アレクサンダー,仙場浩一
    • 権利者名
      日本電信電話株式会社
    • 産業財産権番号
      特許,特願2010-151720
    • 出願年月日
      2010-07-02
  • [産業財産権] 多量子ビット量子演算装置2010

    • 発明者名
      角柳孝輔、ケンプ アレクサンダー、齊藤志郎、仙場浩一
    • 権利者名
      日本電信電話株式会社
    • 産業財産権番号
      特許,2010-062311
    • 出願年月日
      2010-03-18
  • [産業財産権] 測定装置2009

    • 発明者名
      角柳孝輔、仙場浩一
    • 権利者名
      日本電信電話株式会社
    • 産業財産権番号
      特許,特願2009-121380
    • 出願年月日
      2009-05-19

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公開日: 2013-07-31  

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