| 研究課題/領域番号 |
25220601
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| 研究機関 | 独立行政法人情報通信研究機構 |
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研究代表者 |
仙場 浩一 独立行政法人情報通信研究機構, 未来ICT研究所, 上席研究員 (50393773)
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| 研究分担者 |
根本 香絵 国立情報学研究所, 大学共同利用機関等の部局等, 教授 (80370104)
水落 憲和 大阪大学, 基礎工学研究科, 准教授 (00323311)
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| 研究期間 (年度) |
2013-05-31 – 2018-03-31
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| キーワード | 超強結合 / 回路QED / JPA / スクイージング / ダイヤモンド / 超伝導量子ビット / NV中心 / スピン |
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| 研究実績の概要 |
平成25年度は、主力実験装置系の立ち上げを集中的に行った（NICTグループ、阪大グループ）。本研究課題の目的の１つである「超強結合基底状態の生成およびその証拠となる量子状態測定」に関して、実現可能なパラメータ範囲で実験を計画するための理論検討（NICTグループ）を行った。その結果、時間領域測定に先立ち、より簡単なスペクトロスコピーを用いて超強結合基底状態の特徴を抽出できる可能性が明らかとなった。これは、今後の実験計画を進める際の有益な指針となる。また、巨視的量子系の１つである電子スピン集団にスクイーズ状態を生成する方法について新たな知見を得た（NIIグループ）。
各研究グループでの研究実績の概要は以下のとおり：NICTグループでは、希釈冷凍機測定系の立ち上げ、ジョセフソン・パラメトリック増幅（JPA）技術の獲得、および 高精度にスペクトロスコピーを実施するための透過型・反射型マイクロ波測定系を設計し、希釈冷凍機と組み合わせて構築した。また、超伝導量子ビット・マイクロ波光子 複合系、あるいは、超伝導量子ビット・固体中電子スピン集団 複合系での量子操作および量子情報転写実験で必要となる要素技術の準備を進めた。NIIグループでは、ダイヤモンドNV中心の電子集団を用いて、集団的な量子状態の生成について検討した。特に、電子スピンとボソン系との相互作用を用いて、電子スピン集団にスクイージングを起こさせる方法を考案した。コヒーレント状態からのスクイージングを状態のフィッシャー情報量から解析することで、このように生成した量子状態の高精度測定への応用について検討した。阪大グループでは、低温における共焦点レーザー顕微鏡装置の立ち上げを行った。具体的には波長計やレーザーの機種選定をし、導入した。また、クライオスタットを設計して製作し、導入した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
NICT、阪大 ２つの実験グループでは、主力実験装置系の立ち上げ、および、ジョセフソン・パラメトリック増幅（JPA）を用いた高精度量子状態測定系の準備が順調に進展している。NIIを中心とした理論グループの達成度に関しても、巨視的量子系（スピン集団）の非古典的状態の生成方法などについての新知見が得られたこと、また、スペクトロスコピーを用いて超強結合基底状態の特徴を抽出できる可能性があることが明らかとなるなど、今後の実験計画へ反映可能な具体的成果が得られ、おおむね順調に進展している。
以下に、各グループでの具体的な達成度を記す： NICTグループでは、希釈冷凍機測定系の立ち上げおよび位相敏感増幅が可能なJPA検出技術の獲得を目指して、透過・反射型マイクロ波測定系の立ち上げを終え、測定系の準備が順調に進展した。また、超伝導量子ビット・マイクロ波光子 複合系、あるいは、超伝導量子ビット・スピン 複合系での量子操作および量子情報転写の理論的検討を終え、超強結合基底状態の特徴抽出を目指したスペクトロスコピー用非共鳴型マイクロ波測定系を設計し構築した。NIIグループでは、他の系との相互作用により起こるスピンの集団的状態の量子的振る舞いについて、非古典的な状態の生成方法について具体的に解析することができ、理論的解析は順調に進展している。また、状態の表示や等帳付けについても擬確率分布を用いた方法で発展があった。阪大グループでは、低温における共焦点レーザー顕微鏡装置の立ち上げを行っており、予定通り、波長計やレーザーの機種選定し導入し、また、クライオスタットを設計して製作した。
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| 今後の研究の推進方策 |
超強結合状態の試料入手に向けて、[A]回路設計 による試料の設計と試作を開始する（NICTグループ、NTTグループ）。また、[B]集団増強効果による超強結合状態の実現に向けて 研究分担者（NIIグループ：理論研究、阪大グループ：NVダイヤモンドの改良）と協力しながら研究を推進する。
以下、各研究分担グループの推進方策を記す：NICTグループでは、マイクロ波量子状態測定に適した、雑音温度が圧倒的に小さいジョセフソン・パラメトリック増幅検出技術(JPA)を確立し、測定系に実装する。NIIグループでは、電子スピンの集団的状態について、さらに拡張して解析を進める。特に、量子的な取り扱いと半古典的な解釈との比較から、量子的な振る舞いを特徴付ける。阪大グループでは、導入した設備をもとに、低温における共焦点レーザー顕微鏡装置の立ち上げを行っていく。また、NV中心の濃度が適度に存在し、かつコヒーレンス時間の長いダイヤモンド試料が得られるよう、光検出磁気共鳴法等の分光法を用い、試料作製プロセスの評価を行っていく。
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