研究課題
固体中の巨視的集団励起モードを、単一量子レベルでコヒーレントに制御する手法の確立を目指して研究を行っている。当該年度の研究成果は以下の通りである。①超伝導マイクロ波共振器と結合した超伝導量子ビットを用いて、マイクロ波導波路上の伝搬モードの量子状態制御・観測に取り組んだ。マイクロ波単一光子波束を任意波形で任意のタイミングで生成する方法を実証した。またマイクロ波単一光子波束の量子非破壊検出器を提案し、動作実証に成功した。②強磁性絶縁体イットリウム鉄ガーネット（YIG）単結晶中のスピン集団励起の量子制御に取り組んだ。マイクロ波空洞共振器を介して超伝導量子ビットと結合したYIG球上で、すべてのスピンが空間的に一様に歳差運動するキッテルモードと超伝導量子ビットの間のマグノン真空ラビ振動を観測した。これは量子ビットとキッテルモードの間で、共振器中のマイクロ波光子仮想励起を介して、エネルギー量子の交換が起こっていることを示している。また両者の間の量子もつれ状態が実現していることを示唆している。③YIG球上のキッテルモード励起と通信波長帯光との相互作用についての実験を行った。室温下でYIG球を透過する光の伝搬モードがファラデー効果・逆ファラデー効果を通じて、スピン励起と結合することを示した。またYIG球上のマグノン励起を介した光とマイクロ波の間の双方向光子変換効率を詳細に調べた。④窒化シリコン薄膜をマイクロ波共振回路と結合させたエレクトロナノメカニクス素子において、薄膜振動モードとマイクロ波共振器モードの間でパラメトリック励起により誘起される量子的強結合を実現した。さらに複数のマイクロ波駆動により、薄膜上の2つの固有振動モード間のコヒーレントな結合をパラメトリックに制御できることを示した。
2: おおむね順調に進展している
上記実績欄に記載のように多くの成果が出ており、研究計画通りに進行している。
超伝導量子回路に関しては、これまでに実証したマイクロ波モードの量子状態制御・観測技術をさらに高精度化し、複数の要素技術を組み合わせることによりマイクロ波量子光学研究を推進する。強磁性体中のマグノンの量子制御に関しては、超伝導量子回路技術とマイクロ波量子光学技術を駆使したマグノンの非古典的状態の実現と観測に取り組む。またマグノン励起と光との相互作用強度の増強に努める。ナノメカニカル素子上のフォノン制御においては、高周波数化・電磁波や超伝導回路との結合の増強を目指した新たな素子構造の検討を行う。昨年度に導入した希釈冷凍機を早急に立ち上げ研究を加速する。
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すべて 国際共同研究 (3件) 雑誌論文 (5件) (うち国際共著 2件、 査読あり 5件、 謝辞記載あり 3件) 学会発表 (70件) (うち国際学会 45件、 招待講演 29件) 図書 (1件) 備考 (2件) 学会・シンポジウム開催 (1件)
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