量子状態の高速移送と非局所量子もつれ状態の生成

2011 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 23684019
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 山本 倫久 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助教 (00376493)
• キーワード: 半導体物性 / メゾスコピック系 / 量子細線 / 量子ドット / 量子情報

研究概要

(1)遠く離れた量子ドット間のコヒーレントな単一電子輸送
表面弾性波(SAW)を用いて、遠く離れた量子ドット間で単一電子をコヒーレントに移送する技術の開発に成功し、移送効率が90%以上であることを確認した。移送中の電子を周囲の電子から隔離していることや移送にかかる時間が短いことから、単一電子スピンの量子情報を保ったまま高効率で移送できていると考えられる。また、量子ドット中の量子もつれ状態の2電子を分離し、1電子だけを離れた量子ドットへと移送することにも成功した。これは、量子情報処理において重要な非局所量子もつれ状態の生成に相当する。
(2)飛行量子ビットの多量子ビット化とベルの不等式の破れの検証
単一電子レベルでの飛行電荷量子ビット制御を目指し、そのセットアップを進めた。(1)で示した研究によって開発が完了しているSAWの技術に加え、電子ポンプの技術の立ち上げを行い、単一電子ポンプに成功した。これを飛行量子ビットの制御系と組み合わせた実験は現在も進行中である。
(3)飛行量子ビットと近藤効果
飛行量子ビットの制御系(干渉計)と近藤状態にある量子ドットとの間に量子もつれを生み出すことによって近藤状態における量子ドットを通過する電子の伝播位相や近藤雲の広がりに関する情報が得られることを考え、これを新たなテーマに加えて実験に着手した。今年度は伝播位相の測定を行い、理論で予測されているように、近藤谷で位相がpi/2で固定される様子を観測した。これは、近藤一重項状態の直接的な証明とされる新しい重要な結果である。

現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

遠く離れた量子ドット間の単一電子の移送の実験が予想以上に順調に進み、予定をはるかに超えて当初は最終年度に行う予定であった非局所量子もつれの生成と思われる結果まで得ている。飛行電荷量子ビットに関しては、電子ポンプなどの開発が順調に進んだ他、当初の予定にはなかった近藤効果と組み合わせた研究にも取り組み、学術的に非常に重要な結果が得られている。

今後の研究の推進方策

H23年度は当初の予定より順調に進んだため、予定された内容に加えて新たにテーマを加えつつ、関連する物理の考察を深めていきたい。

研究成果

• [雑誌論文] Electrical control of a solid-state flying qubit (2012)
  • 著者名/発表者名: Michihisa Yamamoto, Shintaro Takada, Christopher Bäuerle, Kenta Watanabe, Andreas D. Wieck and Seigo Tarucha
  • 雑誌名: Nature Nanotechnology 巻: 7 ページ: 247-251
• [雑誌論文] Gate tunable non-linear currents in bilayer graphene diodes (2012)
  • 著者名/発表者名: Hiroki Shioya, Michihisa Yamamoto, Saverio Russo, Monica Craciun, Seigo Tarucha
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 100 ページ: 033113
  • DOI: 10.1063/1.3676441
  • 査読あり
• [雑誌論文] Hydrodynamic Rectified Drag Current in a Quantum Wire Induced by Wigner Crystallization (2012)
  • 著者名/発表者名: M.Yamamoto, H.Takagi, M.Stopa, S.Tarucha
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 85 ページ: 041308(RC)
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.85.041308
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electron surfing on a sound wave as a platform for quantum optics with flying electrons (2011)
  • 著者名/発表者名: Sylvain Hermelin, Shintaro Takada, Michihisa Yamamoto, Seigo Tarucha, Andreas D. Wieck, Laurent Saminadayar, Christopher Bäuerle and Tristan Meunier
  • 雑誌名: Nature 巻: 477 ページ: 435-438
• [雑誌論文] Stacking-order dependent transport properties of trilayer graphene (2011)
  • 著者名/発表者名: S.H.Jhang, M.F.Craciun, S.Schmidmeier, S.Tokumitsu, S.Russo, M.Yamamoto, Y.Skourski, J.Wosnitza, S.Tarucha, J.Eroms, C.Strunk
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 84 ページ: 161408(RC)
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.84.161408
  • 査読あり
• [学会発表] 表面弾性波を用いた離れた量子ドット間の単一電子移送 (2012)
  • 著者名/発表者名: 山本倫久, Sylvain Hermelin, 高田真太郎, 樽茶清悟, Andreas D.Wieck, Laurent Saminadayar, Christopher Baeuerle, Tristan Meunier
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 関西学院大学
  • 年月日: 2012-03-27
• [学会発表] 十分離れた2ドット間の静電結合 (2012)
  • 著者名/発表者名: 小幡利顕, 山本倫久, 樽茶清悟
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 関西学院大学
  • 年月日: 2012-03-27
• [学会発表] 結合量子細線・ABリング複合系を用いた量子ドットにおける電子の伝達位相の測定 (2012)
  • 著者名/発表者名: 高田真太郎, 渡辺健太, 山本倫久, C.Baeuerle, A.D.Wieck, 樽茶清悟
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 関西学院大学
  • 年月日: 2012-03-24
• [学会発表] グラフェンに対する歪み印加方法の検討と歪み効果の解析 (2012)
  • 著者名/発表者名: 塩谷広樹, 山本倫久, Craciun F.Monica, Russo Saverio, 樽茶清悟
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 関西学院大学
  • 年月日: 2012-03-24
• [学会発表] Carrier transport and band structure of trilayer graphene (2011)
  • 著者名/発表者名: M.Yamamoto
  • 学会等名: UK-Japan Workshop and Graphene Roadmap Consultation, Graphene Synthesis and Characterisation for applications
  • 発表場所: Lakeside hotel on lake Windermere Lake District, UK(招待講演)
  • 年月日: 2011-11-16
• [学会発表] Multiple Andreev reflection and Fraunhofer pattern in graphene Josephson junction (2011)
  • 著者名/発表者名: Y.Shimazaki, S.Tokumitsu, M.Yamamoto, H.Shioya, S.Russo, M.F.Craciun, S.Tarucha
  • 学会等名: International Workshop on Quantum Nanostructures and Nanoelectronics (QNN2011)
  • 発表場所: Convention Hall "Komaba Haricot" Institute of Industrial Science University of Tokyo, Japan
  • 年月日: 2011-10-03
• [学会発表] 3層グラフェンの電気伝導とバンド構造 (2011)
  • 著者名/発表者名: 山本倫久
  • 学会等名: 日本物理学会秋季大会
  • 発表場所: 富山大学(招待講演)
  • 年月日: 2011-09-23
• [学会発表] 3層グラフェンにおける輸送現象の積層構造依存性 (2011)
  • 著者名/発表者名: 徳光晋太朗, S.H.Jhang, M.F.Craciun, S.Schmidmeier, S.Russo, 山本倫久, Y.Skourski, J.Wosnitza, C.Strunk, 樽茶清悟
  • 学会等名: 日本物理学会秋季大会
  • 発表場所: 富山大学
  • 年月日: 2011-09-22
• [学会発表] 2層グラフェンPN接合デバイスの整流特性制御とバンドギャップ値の評価 (2011)
  • 著者名/発表者名: 塩谷広樹, 山本倫久, Saverio Russo, Monica F.Craciun, 樽茶清悟
  • 学会等名: 日本物理学会秋季大会
  • 発表場所: 富山大学
  • 年月日: 2011-09-22
• [学会発表] Single Electron Transfer Between Distant Quantum Dots (2011)
  • 著者名/発表者名: S.Hermelin, S.Takada, M.Yamamoto, S.Tarucha, A.Wieck, L.Saminadayar, C.Bauerle, T.Meunier
  • 学会等名: LT26
  • 発表場所: Beijing, China
  • 年月日: 2011-08-16
• [学会発表] Electrical Control of a Flying Charge Qubit (2011)
  • 著者名/発表者名: M.Yamamoto, S.Takada, K.Watanabe, C.Baeuerle, A.D.Wieck, S.Tarucha
  • 学会等名: LT26
  • 発表場所: Beijing, China
  • 年月日: 2011-08-16
• [学会発表] Bilayer graphene pn junction devices (2011)
  • 著者名/発表者名: H.Shioya, M.Yamamoto, S.Russo, M.Craciun, S.Tarucha
  • 学会等名: LT26
  • 発表場所: Beijing, China
  • 年月日: 2011-08-15
• [学会発表] Non-adiabatic quantum interference in an Aharonov-Bohm ring with a tunnel-coupled wire (2011)
  • 著者名/発表者名: S.Takada, M.Yamamoto, C.Bauerle, A.D.Wieck, S.Tarucha
  • 学会等名: EP2DS19
  • 発表場所: Tallahassee, Florida, USA
  • 年月日: 2011-07-28
• [学会発表] Single electron transport between two distant lateral few electron quantum dots (2011)
  • 著者名/発表者名: S.Hermelin, S.Takada, A.D.Wieck, M.Yamamoto, S.Tarucha, L.Saminadayar, C.Bauerle, T.Meunier
  • 学会等名: EP2DS19
  • 発表場所: Tallahassee, Florida, USA
  • 年月日: 2011-07-26
• [学会発表] Quantum coherence in an Aharonov-Bohm ring with tunnel-coupled wires (2011)
  • 著者名/発表者名: K.Watanabe, S.Takada, M.Yamamoto, C.Bauerle, A.D.Wieck, S.Tarucha
  • 学会等名: EP2DS19
  • 発表場所: Tallahassee, Florida, USA
  • 年月日: 2011-07-26
• [備考]
  • URL: http://www.meso.t.u-tokyo.ac.jp/
• [備考]
  • URL: http://www.t.u-tokyo.ac.jp/epage/release/2012/12031901.html
• [備考]
  • URL: http://www.jst.go.jp/pr/announce/20110922/index.html
• [備考]
  • URL: http://www.t.u-tokyo.ac.jp/epage/release/2011/092201.html