量子ネットワーク構築のための固体における単一発光中心の研究

2013 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 23681017
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: ナノ構造科学
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 水落 憲和 大阪大学, 基礎工学研究科, 准教授 (00323311)
• 研究期間 (年度): 2011-04-01 – 2014-03-31
• キーワード: 量子情報 / ダイヤモンド / NV中心

研究概要

本研究では量子ネットワーク構築のための量子情報固体素子実現に向けた基盤研究を、主にダイヤモンド中のNV中心を用いて行った。量子ネットワーク構築には伝送、計算、記録にそれぞれ優位性を持ち、量子性が顕在化してくる単一レベルでの光、スピン、電荷の操作が重要となる。我々は固体において室温で初めて電気的に単一光子を生成することに成功した。また単一NV-（-1価の電荷状態のNV中心）の電荷状態を初めて電気的に制御することに成功した。またNV中心のスピンと超伝導量子ビットの量子的な結合の成功に大きく貢献した。これらの成果は学術的意義が高く、かつ基盤技術の確立という観点からも重要な成果と考えられる。

研究成果

• [雑誌論文] Deterministic electrical charge state initialization of single nitrogen-vacancy center in diamond (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. Doi, N. Mizuochi et.al.
  • 雑誌名: Phys. Rev. X 巻: 4 ページ: 01107
  • DOI: 10.1103/PhysRevX.4.011057
• [雑誌論文] Perfect selective alignment of nitrogen-vacancy center in diamond (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Fukui, N. Mizuochi, et.al.
  • 雑誌名: Appl. Phys. Express 巻: 7 ページ: 055201
  • DOI: 10.7567/APEX.7.055201
• [雑誌論文] ダイヤモンド中のNV中心を用いた量子情報素子の研究 (2013)
  • 著者名/発表者名: 水落憲和
  • 雑誌名: 固体物理(特集号量子コンピューターへの道) 巻: Vol. 48, No. 11, (2013年11月号) ページ: 121-131
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electrically driven single photon source at room temperature in diamond (2012)
  • 著者名/発表者名: N. Mizuochi, J. Wrachtrup, S. Yamasaki, et.al.
  • 雑誌名: Nature Photonics 巻: 6 ページ: 299-303
  • DOI: 10.1038/nphoton.2012.75
  • 査読あり
• [雑誌論文] Isotope Effect of Deuterium Microwave Plasmas on the Formation of Atomically Flat (111) Diamond Surfaces (2012)
  • 著者名/発表者名: N. Mizuochi, N. Tokuda, M. Ogura, S. Yamasaki
  • 雑誌名: J pn. J . Appl. Phys. 巻: 51 ページ: 090106
  • DOI: 10.1143/JJAP.51.090106
  • 査読あり
• [雑誌論文] Coherent coupling of a superconducting flux-qubit to an electron spin ensemble in diamond (2011)
  • 著者名/発表者名: X. Zhu, N. Mizuochi, K. Semba, et.al.
  • 雑誌名: Nature 巻: 478 ページ: 221-224
  • DOI: 10.1038/nature10462
  • 査読あり
• [学会発表] Single photon, spin and charge manipulation of diamond register (2013)
  • 著者名/発表者名: N. Mizuochi
  • 学会等名: QDiamond 2013: Workshop on Quantum Information using NV centers in Diamond
  • 発表場所: Huangshan, China(Invited)
  • 年月日: 20131012-17
• [学会発表] Electrically driven single photon emission from diamond quantum register (2013)
  • 著者名/発表者名: N. Mizuochi
  • 学会等名: 2013 JSAP-MRS Joint symposia
  • 発表場所: Kyoto, Japan(Invited)
  • 年月日: 20130916-20
• [学会発表] Single photon, spin and charge manipulation in diamond at room temperature (2013)
  • 著者名/発表者名: N. Mizuochi
  • 学会等名: Physical Sciences Symposia 2013 on 'Crystal & Graphene Science, Quantum Science & New Particle Physics'
  • 発表場所: Boston, USA(Invited)
  • 年月日: 20130904-05
• [学会発表] Electrically driven single photon emission and electron dynamics at room temperature in diamond (2013)
  • 著者名/発表者名: N. Mizuochi
  • 学会等名: The 18th International Conference on Electron Dynamics in Semiconductors, Optoelectronics and Nanostructures (EDISON)
  • 発表場所: Matsue, Japan(Invited)
  • 年月日: 20130722-26
• [学会発表] Electrically driven single photon source at room temperature by NV center in diamond (2013)
  • 著者名/発表者名: N. Mizuochi
  • 学会等名: Conference on Lasers and Electro-Optics (CLEO) 2013
  • 発表場所: San Jose, CA, USA(Invited)
  • 年月日: 20130609-14
• [学会発表] Single photon, spin and charge manipulation of diamond register (2013)
  • 著者名/発表者名: N. Mizuochi
  • 学会等名: Workshop on Artificial Atoms : from Quantum Physics to Applications
  • 発表場所: Budapest, Hungary(Invited)
  • 年月日: 20130520-23
• [学会発表] Electrical control of Luminescence and Quantum register of NV center (2013)
  • 著者名/発表者名: N. Mizuochi
  • 学会等名: Workshop on Diamond, - Spintoronics, Photonics, Bio-applications
  • 発表場所: Hong Kong(Invited)
  • 年月日: 20130427-29
• [学会発表] Electrically driven single photon emission at room temperature in diamond (2013)
  • 著者名/発表者名: N. Mizuochi
  • 学会等名: Hasselt Diamond Workshop 2013 - SBDD XVIII
  • 発表場所: Hasselt, Belgium(Invited)
  • 年月日: 20130227-0301
• [学会発表] Quantum information device by NV center in diamond (2013)
  • 著者名/発表者名: N. Mizuochi
  • 学会等名: 3rd International Conference on Quantum Information and Technology
  • 発表場所: National Institute of Informatics, Tokyo, Japan(Invited)
  • 年月日: 20130116-18
• [学会発表] Single spin coherence of NV center in diamond at room temperature (2013)
  • 著者名/発表者名: N. Mizuochi
  • 学会等名: The 72nd Okazaki Conference on Ultimate Control of Coherence
  • 発表場所: Institute for Molecular Science (IMS), Okazaki, Japan(Invited)
  • 年月日: 20130108-10
• [学会発表] Electrical control of single photon emission by NV center in diamond (2012)
  • 著者名/発表者名: N. Mizuochi
  • 学会等名: QDIAMOND12: Workshop on Quantum Information using NV centers in diamond
  • 発表場所: Hannah Lodge, South Africa(Invited)
  • 年月日: 20121203-07
• [学会発表] Quantum information device based on NV center in diamond (2012)
  • 著者名/発表者名: N. Mizuochi
  • 学会等名: 2012 International Conference on Solid State Devices and Materials (SSDM 2012)
  • 発表場所: Kyoto, Japan(Invited)
  • 年月日: 20120925-27
• [学会発表] Electrically driven single photon source at room temperature in diamond (2012)
  • 著者名/発表者名: N. Mizuochi
  • 学会等名: International conference on Diamond and carbon materials
  • 発表場所: Granada, Spain(Invited)
  • 年月日: 20120903-06
• [学会発表] Single photon source by single NV center in diamond semiconductor (2012)
  • 著者名/発表者名: N. Mizuochi
  • 学会等名: Advances in Photonics of Quantum Computing, Memory, and Communication V at SPIE Photonics West
  • 発表場所: San Francisco(Invited)
  • 年月日: 20120121-26
• [学会発表] ダイヤモンド中の単一NV中心を用いた量子もつれ測定の実験研究 (2012)
  • 著者名/発表者名: 森周太、加藤宙光、山崎聡、Wrachtrup、力武克彰、三輪真嗣、鈴木義茂、小坂英男、水落憲和
  • 学会等名: 2012年春季第59回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 早稲田大学(東京)
  • 年月日: 2012-03-17
• [学会発表] SiC単結晶および微粒子における光検出磁気共鳴 (2012)
  • 著者名/発表者名: 土井悠生,三輪真嗣, J. Wrachtrup,鈴木義茂,水落憲和
  • 学会等名: 2012年春季第59回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 早稲田大学,東京
  • 年月日: 2012-03-16
• [学会発表] ワイドギャップ半導体中の単一常磁性発光中心による量子情報素子 (2012)
  • 著者名/発表者名: 水落憲和
  • 学会等名: 2012年春季第59回応用物理学関係連合講演会シンポジウム
  • 発表場所: 早稲田大学(東京)
  • 年月日: 2012-03-15
• [学会発表] ダイヤモンドを用いた単一光子発生と単一スピン操作～室温での電流注入型単一光子発生～ (2012)
  • 著者名/発表者名: 水落憲和
  • 学会等名: 超高速時間分解光計測研究会
  • 発表場所: ホテルクラウンパレス浜松,静岡
  • 年月日: 2012-03-09
• [学会発表] Quantum information processing by NV center in diamond (2012)
  • 著者名/発表者名: N. Mizuochi
  • 学会等名: The 38th Special Meeting of Special Session for Spin electronics
  • 発表場所: Magnetic Society in Japan, Osaka(Invited)
  • 年月日: 2012-01-20
• [学会発表] Quantum information processing by NV center in diamond (2012)
  • 著者名/発表者名: N.Mizuochi
  • 学会等名: International Workshop for Group-IV Spintronics
  • 発表場所: Osaka University, Osaka (JAPAN)
  • 年月日: 2012-01-20
• [学会発表] ダイヤモンド半導体を用いた量子情報素子 (2011)
  • 著者名/発表者名: 水落憲和,土井悠生,森周太,牧野俊晴,加藤宙光,小倉政彦,竹内大輔,大串秀世, M. Nothaft, P. Neumann, A. Gali, F. Jelezko, J. Wrachtrup,山崎聡
  • 学会等名: 第25回ダイヤモンドシンポジゥム
  • 発表場所: (独)産業技術総合研究所,茨城
  • 年月日: 2011-12-08
• [学会発表] ダイヤモンド中の単一NV中心の量子情報処理・通信への応用 (2011)
  • 著者名/発表者名: 水落憲和
  • 学会等名: 日本磁気学会181回研究会
  • 発表場所: 中央大学,東京
  • 年月日: 2011-12-07
• [学会発表] 単一NV中心における多量子ビット化へ向けた研究ダイヤモンドによる量子情報 (2011)
  • 著者名/発表者名: 水落憲和
  • 学会等名: 学振147委員会,第113回研究会,カーボン系材料の新しい展開
  • 発表場所: 東京弘済会館,東京
  • 年月日: 2011-11-04
• [学会発表] ダイヤモンド中の単一NV中心による室温でのベル測定の実証と評価 (2011)
  • 著者名/発表者名: 水落憲和,森周太,加藤宙光,山崎聡,J. Wrachtrup,力武克彰,小坂英男
  • 学会等名: 日本物理学会2011年秋季大会
  • 発表場所: 富山大学,富山
  • 年月日: 2011-09-21
• [学会発表] Single spins, photons, and charges in diamond semiconductor (2011)
  • 著者名/発表者名: N. Mizuochi, T. Makino, H. Kato, D. Takeuchi, M. Ogura
  • 学会等名: SPINTECH6
  • 発表場所: Matsue Kunibiki Messe, Shimane (JAPAN)
  • 年月日: 2011-08-03
• [学会発表] ダイヤモンドNV中心と量子情報 (2011)
  • 著者名/発表者名: 水落憲和
  • 学会等名: ニューダイヤモンドフォーラム平成23年度第1回研究会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2011-06-23
• [学会発表] Electrically driven single photon source by diamond (2011)
  • 著者名/発表者名: N. Mizuochi, T. Makino, H. Kato, D. Takeuchi, M. Ogura, P. Neumann, F. Jelezko, J. Wrachtrup, and S. Yamasaki
  • 学会等名: Workshop of Diamond defects : Quantum spintronics, photonics and bio-applications
  • 発表場所: Physikzentrum Bad Honne , Bonn (Germany)
  • 年月日: 2011-04-04
• [図書] ダイヤモンドLEDを用いた単一光子発生",未来材料10月号、vol.12, no.10,(2012年10月号) (2012)
  • 著者名/発表者名: 水落憲和
  • 総ページ数: 1-4
• [図書] 「固体初の室温動作する電流注入型単一光子発生素子」、ニューダイヤモンドフォーラム会誌、vol. 28, no.4 (2012)
  • 著者名/発表者名: 水落憲和、牧野俊晴、加藤宙光、小倉政彦、竹内大輔、大串秀世、山崎聡
  • 総ページ数: 17-19
• [図書] ダイヤモンドNV中心と量子情報,,査読無, vol.27, No.4 (2011)
  • 著者名/発表者名: 水落憲和
  • 総ページ数: 2-6
  • 出版者: ニューダイヤモンドフォーラム
• [備考]
  • URL: http://www.suzukiylab.mp.es.osaka-u.ac.jp/web_mizuochi/indexMizu.html
• [産業財産権] 一光子出力装置、単一光子出力方法、 及び単一光子出力装置に用いる半導体の製造方法 (2011)
  • 発明者名: 水落憲和、山崎聡、牧野俊晴、加藤宙光、 竹内大輔、小倉政彦
  • 権利者名: 大阪大学
  • 産業財産権種類: 特願
  • 産業財産権番号: 2011-167423
  • 出願年月日: 2011-07-29
  • 外国