| 研究課題/領域番号 |
26709023
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| 研究機関 | 東京工業大学 |
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研究代表者 |
小寺 哲夫 東京工業大学, 工学院, 准教授 (00466856)
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| 研究期間 (年度) |
2014-04-01 – 2018-03-31
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| キーワード | 量子ドット / 量子デバイス / スピン / 量子情報 / シリコン / 電荷センサ |
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| 研究実績の概要 |
本研究の目的は、シリコン量子ドット中の電子スピンを情報の担い手として用いる量子計算の物理の解明、ハードウェアのための基本技術の実現を行うことである。将来的に既存シリコンテクノロジーと量子計算機の融合を目指す。物理としては、シリコン量子ドット構造に特有のスピン緩和要因、バレーやスピンの関与する電子輸送特性を明らかにすることを目指している。技術としては、Si基板やSi/SiGeヘテロ基板を利用した独自の量子ドット構造を作製する。また、Si基板から作製したMOS型新構造量子ドットやSiGeヘテロ基板を利用した新構造シリコン量子ドットのそれぞれに適した電子スピンの操作技術や検出法を開発し、確立する。本年度は、特に、SiGeヘテロ基板を利用した新構造シリコン量子ドットにおいてスピン操作を行い、操作の忠実度について調べる成果を共同研究によって得ることができた。
誤り耐性を持つ量子計算機の実現には、高い性能（ゲート操作忠実度）を持つ量子ビットを必要とする。今回、SiGeヘテロ基板を利用した新構造シリコン量子ドットを作製し、その近傍に配置した微小磁石により生成される傾斜磁場中で、電子の位置を高速に電界制御することにより、量子ドット中の電子スピンを従来の１０倍程度速く操作することに成功した。比較的コヒーレンス時間の短い同位体未制御のシリコン中においても高いゲート操作忠実度を持つ量子ビットを実装した。具体的には、忠実度をランダム化ベンチマークの方法によって評価し、誤り耐性量子計算に必要な閾値を上回る９９．６％の操作忠実度を実現した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
SiGeヘテロ基板を利用した新構造シリコン量子ドットの近傍に微小磁石を作製し、微小磁石が生成する傾斜磁場中で、電子の位置を高速に電界制御することにより、量子ドット中の電子スピンを従来の１０倍程度高速に操作することに成功した。量子ビットの性能指数である忠実度をランダム化ベンチマークの方法によって評価し、誤り耐性量子計算に必要な閾値を上回る９９．６％の操作忠実度を実現した。本研究課題は、シリコン量子ドット中の電子スピンを情報の担い手として用いる量子計算の物理の解明、ハードウェアのための基本技術の実現を行うことを目的としている。将来的に既存シリコンテクノロジーと量子計算機の融合を目指しており、誤り耐性を持つ量子計算機の実現に向け、高い忠実度を持つ量子ビットを実現した本年度は、大きな進展を得たと言える。
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| 今後の研究の推進方策 |
任意の量子計算を行うためには、今年度達成した単一量子ビットの高忠実度操作に加えて、２量子ビット間の量子もつれ操作が必要であることが知られている。量子ドット系においては、これはスピン交換結合の制御によって実現することができる。今後は、２量子ビット操作の制限要因である電荷揺らぎの影響を低減する改善を行い、２量子ビット操作においても誤り耐性忠実度をもつものを実現していく。また、SiGeヘテロ構造を利用した新構造量子ドットだけではなく、Si基板から作製したMOS型新構造量子ドットにおいても、量子ビットを実現していく。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
SiGeヘテロ基板を用いた新構造量子ドットにおいては、スピン操作に成功し、高いゲート操作忠実度も得ることができ、当初の計画以上の進展を得た。一方、シリコン基板を用いたMOS型新構造量子ドットにおいては、新奇な現象が観測され、体系的な追加実験を実施する必要、およびその成果の学会発表・論文投稿を行う必要があり、次年度使用額が生じた。
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| 次年度使用額の使用計画 |
物品費として、素子の測定に必要な寒剤、測定部品の計900,000円、旅費として、866,435円を使用する。
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