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2015 Fiscal Year Annual Research Report

ハイブリッド量子科学の理論的研究

Planned Research

Project AreaScience of hybrid quantum systems
Project/Area Number 15H05870
Research InstitutionNational Institute of Informatics

Principal Investigator

根本 香絵  国立情報学研究所, 情報学プリンシプル研究系, 教授 (80370104)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 江藤 幹雄  慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 教授 (00221812)
森 伸也  大阪大学, 工学研究科, 准教授 (70239614)
松崎 雄一郎  日本電信電話株式会社NTT物性科学基礎研究所, 量子電子物性研究部, 研究員 (10618911)
Project Period (FY) 2015-06-29 – 2020-03-31
Keywords量子情報 / 量子計測 / 量子コヒーレンス / 半導体ナノワイヤ / 輸送現象
Outline of Annual Research Achievements

量子高感度計測における非古典的なプローブ状態の優位性を量子情報論的観点から解析し、計測感度の特性を示した。また、量子多体系において、ハイブリッド化を行うことでどのような非自明な量子現象が観測できるかを理論的に解析した。具体的には、超伝導磁束量子ビットの集団とマイクロ波共振器の結合系について検討を行った。特に、超伝導磁束量子ビットの不均一広がりが存在する状況下でも、量子ビットの構造を最適化することで、マイクロ波共振器との強結合が達成できることを理論的に予言した。
実験グループと共同で、固体核スピン集団を扱い、ハイブリッド量子系の新しいモデル化とその解析を行った。また、非古典的な状態を効率的に生成について、特に巨視的重ね合わせ状態の新しい生成方法を具体的に示し、その優位性を数値的に示した。
InAs, InSb等の狭ギャップ半導体ナノワイヤに微小なゲート電極を 接合した系の輸送特性を理論的に調べた。強いスピン軌道相互作用 によって、2次元系における量子ポイントコンタクトと同様の機構 でスピン分極電流が生成されることを示した。次に、その系に超伝 導体を接続したハイブリッド構造について調べ、アンドレーフ反射 に伴う「ファブリ・ペロー共振器」の特性を指摘した。
非平衡グリーン関数法に基づく半導体ナノワイヤにおけるフォノン輸送計算プ ログラムを作成した。R行列法を用いて高速化を図ったプログラムを用いて、1次元熱輸送の解析を行なった。その結果、(1)乱れた系における熱輸送において異常拡散が現れる、(2)チャネルおよび熱浴の境界条件を固定端に設定し低周波のモードを遮断すると、熱輸送の様相が異常拡散から局在へと変化することなどが分かった。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

平成27年度の研究計画は一部を平成28年度へ繰り越したが、現在までに研究は予定通りに進展した。ここで得られた研究成果、知見で、特に平成28年度の研究計画に必要な項目については、遅れなく平成28年度の研究計画へ統合され、全体として現在までに順調に進展していると判断できる。

Strategy for Future Research Activity

これまでの研究成果をさらに発展させ、ハイブリッド量子系に固有な量子輸送現象などの新しい量子現象の発見と解明や量子計測などのQuantum Enabled Technologyにおいて、個々の理論的な研究を推進する。一方で、これと同時に、A01、A02、A03の各班との協力を強化して、これら新しい量子的な現象や性質の実現を進める。また、実験と理論の融合から期待される、新しいハイブリッド量子系のあり方の提案や量子的性質の発現を目指す。

  • Research Products

    (34 results)

All 2016 2015 Other

All Int'l Joint Research (2 results) Journal Article (7 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 7 results,  Open Access: 3 results,  Acknowledgement Compliant: 2 results) Presentation (25 results) (of which Int'l Joint Research: 12 results,  Invited: 2 results)

  • [Int'l Joint Research] ノッティンガム大学(英国)

    • Country Name
      UNITED KINGDOM
    • Counterpart Institution
      ノッティンガム大学
  • [Int'l Joint Research] ウイーン工科大学(オーストリア)

    • Country Name
      AUSTRIA
    • Counterpart Institution
      ウイーン工科大学
  • [Journal Article] Dicke model for quantum Hall systems2016

    • Author(s)
      Y. Hama, M. H. Fauzi, K. Nemoto, Y. Hirayama, and Z. F. Ezawa
    • Journal Title

      New Journal of Physics

      Volume: 18 Pages: 023027-1-10

    • DOI

      10.1088/1367-2630/18/2/023027

    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Using the quantum Zeno effect for suppression of decoherence2016

    • Author(s)
      Y. Kondo, Y. Matsuzaki, K. Matsushima, and J. G. Filgueiras
    • Journal Title

      New J. Phys.

      Volume: 18 Pages: 013033-1-11

    • DOI

      10.1088/1367-2630/18/1/013033

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Electron paramagnetic resonance spectroscopy using a direct current-SQUID magnetometer directly coupled to an electron spin ensemble2016

    • Author(s)
      H. Toida, Y. Matsuzaki, K. Kakuyanagi, X. Zhu, W. J. Munro, K. Nemoto, H. Yamaguchi and S. Saito
    • Journal Title

      Applied Physics Letters

      Volume: 108 Pages: pp. 52601

    • DOI

      10.1063/1.4940978

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Spin Blocker Using the Interband Rashba Effect in Symmetric Double2015

    • Author(s)
      S. Souma, A. Sawada, H. Chen, Y. Sekine, M. Eto, and T. Koga
    • Journal Title

      Physical Review Applied

      Volume: 4 Pages: 034010-1-9

    • DOI

      10.1103/PhysRevApplied.4.034010

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Monte Carlo study on anomalous carrier diffusion in inhomogeneous semiconductors2015

    • Author(s)
      N. Mori, R. J. A. Hill, A. Patane, and L. Eaves
    • Journal Title

      Journal of Physics: Conference Series

      Volume: 647 Pages: 012059-1-4

    • DOI

      10.1088/1742-6596/647/1/012059

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Proposed Robust Entanglement-Based Magnetic Field Sensor Beyond the Standard Quantum Limit2015

    • Author(s)
      T. Tanaka*, P. Knott*, Y. Matsuzaki*, S. Dooley, H. Yamaguchi, W. J. Munro, and S. Saito (*equally contribution)
    • Journal Title

      Physical Review Letters

      Volume: 117 Pages: 170801-1-6

    • DOI

      10.1103/PhysRevLett.115.170801

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Quantum Zeno Effect in an Unstable System with NMR2015

    • Author(s)
      Y. Matsuzaki, and H. Tanaka
    • Journal Title

      J. Phys. Soc. Jpn

      Volume: 48 Pages: 103001-103005

    • DOI

      10.7566/JPSJ.85.014001

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 弱く結合したジグザグ端ナノリボン列の電子状態解析2016

    • Author(s)
      橋本 風渡,森 伸也,久保 理,片山 光浩
    • Organizer
      第63回応用物理学会春季学術講演会
    • Place of Presentation
      東京工業大学 大岡山キャンパス,東京都
    • Year and Date
      2016-03-21 – 2016-03-21
  • [Presentation] 多端子アハラノフ・ボーム干渉計による近藤効果の位相測定2016

    • Author(s)
      江藤幹雄
    • Organizer
      日本物理学会 第71回年次大会
    • Place of Presentation
      東北学院大学泉キャンパス、宮城県仙台市
    • Year and Date
      2016-03-19 – 2016-03-22
  • [Presentation] 量子ドット干渉計におけるAC効果の多端子測定2016

    • Author(s)
      松永拓、江藤幹雄
    • Organizer
      日本物理学会 第71回年次大会
    • Place of Presentation
      東北学院大学泉キャンパス、宮城県仙台市
    • Year and Date
      2016-03-19 – 2016-03-22
  • [Presentation] 量子ドットにおけるコトンネリング電流の完全計数統計2016

    • Author(s)
      岩崎諄、江藤幹雄
    • Organizer
      日本物理学会 第71回年次大会
    • Place of Presentation
      東北学院大学泉キャンパス、宮城県仙台市
    • Year and Date
      2016-03-19 – 2016-03-22
  • [Presentation] ランダム行列フォノンモデルに基づくNEGFシミュレーション2016

    • Author(s)
      美里劫 夏南,森 伸也
    • Organizer
      第63回応用物理学会春季学術講演会
    • Place of Presentation
      東京工業大学 大岡山キャンパス,東京都
    • Year and Date
      2016-03-19 – 2016-03-19
  • [Presentation] フォノン輸送シミュレーションにおける境界条件の影響2016

    • Author(s)
      上野 晃弘,小池 慎治,森 伸也
    • Organizer
      第63回応用物理学会春季学術講演会
    • Place of Presentation
      東京工業大学 大岡山キャンパス,東京都
    • Year and Date
      2016-03-19 – 2016-03-19
  • [Presentation] Dicke Model for Quantum Hall Systems2016

    • Author(s)
      Y. Hama, M. H. Fauzi, K. Nemoto, Y. Hirayama, and Z. F. Ezawa
    • Organizer
      APS March Meeting 2016
    • Place of Presentation
      Baltimore Convention Center, Baltimore, Maryland, USA
    • Year and Date
      2016-03-15 – 2016-03-15
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Magnetization detecting electron paramagnetic resonance spectroscopy using a dc-SQUID directly coupled to an electron spin ensemble2016

    • Author(s)
      Hiraku Toida, Yuichiro Matsuzaki, Kosuke Kakuyanagi, Xiaobo Zhu, William J. Munro, Kae Nemoto, Hiroshi Yamaguchi, and Shiro Saito
    • Organizer
      APS March Meeting 2016
    • Place of Presentation
      Baltimore, Maryland, USA
    • Year and Date
      2016-03-14 – 2016-03-16
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Estimation of the projection error of a qubit readout by quantum Zeno effect2016

    • Author(s)
      Kosuke Kakuyanayi, Yuichiro Matsuzaki, Hayato Nakano, Kouichi Semba, and Saito Shiro
    • Organizer
      APS March Meeting 2016
    • Place of Presentation
      Baltimore, Maryland, USA
    • Year and Date
      2016-03-14 – 2016-03-16
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Spin squeezing via interaction with a dissipative qubit2016

    • Author(s)
      Shane Dooley, Emi Yukawa, Yuichiro Matsuzaki, George C. Knee, William J. Munro, and Kae Nemoto
    • Organizer
      International Symposium on Dynamics in Artificial Quantum Systems
    • Place of Presentation
      Research Center for Adanced Science and Technology, Tokyo, Japan
    • Year and Date
      2016-01-12 – 2016-01-14
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Applications of atomistic simulations to the development of advanced electronic devices2015

    • Author(s)
      H. Minari, G. Pourtois, and N. Mori
    • Organizer
      25th Annual Meeting of MRS-J
    • Place of Presentation
      Yokohama, Japan
    • Year and Date
      2015-12-08 – 2015-12-10
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Electronic structures of zigzag-edge nanoribbon lateral superlattices2015

    • Author(s)
      F. Hashimoto, N. Mori, O. Kubo, and M. Katayama
    • Organizer
      International Symposium on Advanced Nanodevices and Nanotechnology
    • Place of Presentation
      Waikoloa, Hawaii
    • Year and Date
      2015-11-29 – 2015-12-04
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Achievable Fault-Tolerant Spin Measurements in Diamond2015

    • Author(s)
      Michael Hanks, W.J. Munro, Kae Nemoto
    • Organizer
      International Symposium on Nanoscale Transport and Technology 2015
    • Place of Presentation
      NTT Atsugi R&D center, Kanagawa, Japan
    • Year and Date
      2015-11-18 – 2015-11-18
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Visibility improvement on a superconducting flux qubit measurement by a multi readout method2015

    • Author(s)
      Kosuke Kakuyanayi, Yuichiro Matsuzaki, Hayato Nakano, Kouichi Semba, and Saito Shiro
    • Organizer
      ISNTT2015
    • Place of Presentation
      NTT Atsugi R&D center, Kanagawa, Japan
    • Year and Date
      2015-11-15 – 2015-11-17
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Improving the coherence time of a quantum system via a coupling with an unstable system2015

    • Author(s)
      Yuichiro Matsuzaki, Xiaobo Zhu, Kosuke Kakuyanagi, Hiraku Toida, Takaaki Shimo-Oka, Norikazu Mizuochi, Kae Nemoto, Kouichi Semba, William J. Munro, Hiroshi Yamaguchi, Shiro Saito
    • Organizer
      ISNTT2015
    • Place of Presentation
      NTT Atsugi R&D center, Kanagawa, Japan
    • Year and Date
      2015-11-15 – 2015-11-17
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Electron paramagnetic resonance spectroscopy using a SQUID magnetometer2015

    • Author(s)
      Hiraku Toida, Yuichiro Matsuzaki, Kosuke Kakuyanagi, Xiaobo Zhu, William J. Munro, Kae Nemoto, Hiroshi Yamaguchi, and Shiro Saito
    • Organizer
      ISNTT2015
    • Place of Presentation
      NTT Atsugi R&D center, Kanagawa, Japan
    • Year and Date
      2015-11-15 – 2015-11-17
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 超伝導量子ビット集団とマイクロ波キャビティのコヒーレントな結合2015

    • Author(s)
      松崎 雄一郎、角柳 孝輔、コランタン デプレ、ネイル ランバート、石田 夏子、樋田 啓、仙場 浩一、ウィリアム ムンロ、山口 浩司、齊藤 志郎
    • Organizer
      応用物理学会関西支部平成27年度第2回講演会
    • Place of Presentation
      阪大中之島センター、大阪
    • Year and Date
      2015-09-30 – 2015-09-30
  • [Presentation] 散逸のある補助系と結合したスピン系おけるスクイズドスピン状態の生成2015

    • Author(s)
      湯川 英美、Dooley Shane、松崎 雄一郎、Knee George、Munro William、根本 香絵
    • Organizer
      応用物理学会関西支部平成27年度第2回講演会
    • Place of Presentation
      阪大中之島センター、大阪
    • Year and Date
      2015-09-30 – 2015-09-30
  • [Presentation] 二重量子ドットにおけるコヒーレントな光学フォノン支援伝導2015

    • Author(s)
      奥山倫, 天羽真一, 羽田野剛司, 泉田渉, 樽茶清悟, 江藤幹雄
    • Organizer
      日本物理学会 2015年秋季大会
    • Place of Presentation
      関西大学 千里山キャンパス、大阪
    • Year and Date
      2015-09-16 – 2015-09-19
  • [Presentation] 量子ドットにおける近藤物理学の進展2015

    • Author(s)
      江藤幹雄
    • Organizer
      日本物理学会 2015年秋季大会
    • Place of Presentation
      関西大学 千里山キャンパス、大阪
    • Year and Date
      2015-09-16 – 2015-09-19
    • Invited
  • [Presentation] Phase measurement of Kondo effect in AB interferometer2015

    • Author(s)
      Mikio Eto
    • Organizer
      第5回半導体量子効果と量子情報の夏期研修会
    • Place of Presentation
      那須、栃木
    • Year and Date
      2015-09-10 – 2015-09-12
  • [Presentation] Current noise through quantum dot in cotunneling regime2015

    • Author(s)
      Atsushi Iwasaki and Mikio Eto
    • Organizer
      第5回半導体量子効果と量子情報の夏期研修会
    • Place of Presentation
      那須、栃木
    • Year and Date
      2015-09-10 – 2015-09-12
  • [Presentation] Multi-terminal measurement of AC effect in AB interferometer2015

    • Author(s)
      Taku Matsunaga and Mikio Eto
    • Organizer
      第5回半導体量子効果と量子情報の夏期研修会
    • Place of Presentation
      那須、栃木
    • Year and Date
      2015-09-10 – 2015-09-12
  • [Presentation] Coherent Tunneling in Double Quantum Dot with LO-Phonon Emission2015

    • Author(s)
      Rin Okuyama, Shinichi Amaha, Tsuyoshi Hatano, Wataru Izumida, Seigo
    • Organizer
      21st International Conference on Electronic Properties of Two-Dimensional Systems
    • Place of Presentation
      Sendai, Japan
    • Year and Date
      2015-07-26 – 2015-07-31
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Model for multi-terminal phase measurement in Aharonov-Bohm interferometer2015

    • Author(s)
      Mikio Eto
    • Organizer
      21st International Conference on Electronic Properties of Two-Dimensional Systems
    • Place of Presentation
      Sendai, Japan
    • Year and Date
      2015-07-26 – 2015-07-31
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2018-01-16  

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