超伝導人工原子を用いた量子物理

2009 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 18201018
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: ナノ構造科学
• 研究機関: 日本電信電話株式会社NTT物性科学基礎研究所
• 研究代表者: 仙場 浩一 日本電信電話株式会社NTT物性科学基礎研究所, 量子電子物性研究部, 主幹研究員 (50393773)
• 研究分担者: 山口 浩司 日本電信電話(株)NTT物性科学基礎研究所, 量子電子物性研究部, 部長 (60374071) ; 中ノ 勇人 日本電信電話(株)NTT物性科学基礎研究所, 量子電子物性研究部, 主任研究員 (60393774) ; 齋藤 志郎 日本電信電話(株)NTT物性科学基礎研究所, 量子電子物性研究部, 主任研究員 (90393777) ; 角柳 孝輔 日本電信電話(株)NTT物性科学基礎研究所, 量子電子物性研究部, 社員 (40417093) ; 岡本 創 日本電信電話(株)NTT物性科学基礎研究所, 量子電子物性研究部, 研究主任 (20350465) ; 田中 弘隆 日本電信電話(株)NTT物性科学基礎研究所, 量子電子物性研究部, 研究主任 (80393776) ; WANG Ying-Dan 日本電信電話(株)NTT物性科学基礎研究所, 量子電子物性研究部, リサーチアソシエイト (40451083)
• 研究期間 (年度): 2006 – 2009
• キーワード: 人工原子 / 微小共振器 / 超精密計測 / 量子エレクトロニクス / メゾスピック系

研究概要

(1)メゾスコピックな超伝導人工原子を量子もつれ生成スイッチとして用い、大きさも種類も異なる2つの量子系:ジョセフソン接合中の量子二準位系(ミクロ)と超伝導伝導線路共振器中の光子状態(マクロ)の間における量子もつれ状態を生成し、その時間発展の様子を観測することに成功した。(2)人工原子系の可干渉時間内に複数回測定が可能な程高速かつ被測定系との相互作用の大きさを自由に制御可能なため、低侵襲性を併せ持つJosephson分岐増幅測定技術の開発に成功した。さらに、このJBA測定系を用いて、超伝導人工原子の重ね合わせ状態の射影測定の条件を明らかにした。(3)磁束量子ビットと強く相互作用しているマイクロ波光子系の二光子遷移の実験で見出した回路QED系のパリティ対称性の破れとその制御に関する知見を得た。((独)マイスナー研究所との共同研究)(4)Nb-SQUIDの一部に両持ち梁構造(板バネ)を組み込み、この梁構造の変位を標準量子限界の36倍に相当する約10fmという極微細な振動の検出に成功した。(Delft大との共同研究)

研究成果

• [雑誌論文] Quantum Time-evolution in Qubit Readout Process with a Josephson Bifurcation Amplifier (2009)
  • 著者名/発表者名: Hayato Nakano, Shiro Saito, Kouichi Semba, Hideaki Takayanagi
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett. 102 ページ: 257003
  • 査読あり
• [雑誌論文] Quantum State Control, Entanglement, and Readout of the Josephson Persistent-Current Qubit (2009)
  • 著者名/発表者名: K. Semba, J. Johansson, K. Kakuyanagi. H. Nakano, S. Saito, H. Tanaka, H. Takayanagi
  • 雑誌名: Quantum Information Processing 8 ページ: 199-215
  • 査読あり
• [雑誌論文] 超電導回路で共振器量子電磁力学実験が可能に!‘ジョセフソンCavity-QED (2009)
  • 著者名/発表者名: 仙場浩一、齋藤志郎、角柳孝輔、中ノ勇人
  • 雑誌名: 日本物理学会誌 1月号 ページ: 37-41
  • 査読あり
• [雑誌論文] Two-photon probe of the Jaynes-Cummings model and controlled symmetry breaking in circuit QED (2008)
  • 著者名/発表者名: F. Deppe, M. Mariantoni, E.P. Menzel, A. Marx, S. Saito, K. Kakuyanagi, H. Tanaka, T. Meno, K. Semba, H. Takayanagi, E. Solano, R. Gross
  • 雑誌名: Nature Physics 4 ページ: 686-691
  • 査読あり
• [雑誌論文] Motion detection of a micromechanical resonator embedded in a dc-SQUID (2008)
  • 著者名/発表者名: S. Etaki, M. Poot, I. Mahboob, K. Onomitsu, H. Yamaguchi,, H.S. van der Zant
  • 雑誌名: Nature Physics 4 ページ: 785-788
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dephasing of a Superconductiong Flux Qubit (2007)
  • 著者名/発表者名: K. Kakuyanagi, T. Meno, S. Saito, H. Nakano, K. Semba, H. Takayanagi, F. Deppe, A. Shnirman
  • 雑誌名: Physical Review Letters 98 ページ: 047004
  • 査読あり
• [雑誌論文] Controllable Coupling between Flux Qubit and Nanomechanical Resonator by Magnetic Field (2007)
  • 著者名/発表者名: Fei Xue, Y. D Wang, C.P. Sun, H. Okamoto, H. Yamaguchi, K. Semba
  • 雑誌名: New Journal of Physics 9 ページ: 35
  • 査読あり
• [学会発表] Quantum state control, entanglement, and readout of the Josephson persistent-current qubit (2009)
  • 著者名/発表者名: K. Semba
  • 学会等名: The 3rd International Workshop and School on Solid State Based Quantum Information Processing (QIP 2009)
  • 発表場所: Herrsching Munich, Germany(Invited talk)
  • 年月日: 20090630-20090703
• [学会発表] Quantum control of the flux qubit coupled to microwave photon system. (2008)
  • 著者名/発表者名: K. Semba
  • 学会等名: Int. Coference on Solid State Quantum Information
  • 発表場所: SNS-Pisa, Italy(Invited talk)
  • 年月日: 20081203-20081206
• [学会発表] Vacuum Rabi oscillations observed in a flux qubit LC-oscillator system W1. (2007)
  • 著者名/発表者名: Kouichi Semba
  • 学会等名: 0003: APS March Meeting 2007
  • 発表場所: Denver, Colorado USA(Invited talk)
  • 年月日: 20070305-20070309
• [図書] Physical Realizations of Quantum Computing(ISBN981-256-473-X) (2006)
  • 著者名/発表者名: F. Wilhelm, K. Semba
  • 総ページ数: 38-107
  • 出版者: World Scientific Pub Co Inc.
• [備考]
  • URL: http://www.brl.ntt.co.jp/J/group_007/group_007.html
• [産業財産権] 超伝導非線形共振回路を用いた、測定回路の常伝導転移を伴わない、磁束量子ビットの高速非熱的状態測定装置 (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
• [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 (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P2009-49631A
  • 取得年月日: 2009-03-05