Theoretical Research for Hybrid Quantum Systems

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project Area: Science of hybrid quantum systems
• Project/Area Number: 15H05870
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: National Institute of Informatics
• Principal Investigator: Nemoto Kae 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) ; 松崎 雄一郎 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 主任研究員 (10618911) ; 森 伸也 大阪大学, 工学研究科, 教授 (70239614)
• Project Period (FY): 2015-06-29 – 2020-03-31
• Keywords: 量子情報 / 量子計測 / 半導体ナノワイヤ / カーボンナノチューブ / 量子輸送 / 量子ドット / 量子エレクトロニクス / テラヘルツ

Outline of Final Research Achievements

This research project investigated theoretical aspects of hybrid quantum systems and provided methods to realize Quantum enabled Technology. We explored various quantum physical systems including spins, photons and phonons spread over very different energy scales to design novel quantum devices which could display quantum phenomena which cannot be realized in each of the original systems. The advantages in these hybrid quantum systems were then demonstrated in designing novel quantum devices with unique quantum functions. We then proposed proof of principle experimental demonstrations and realized these novel quantum hybrid devices.

Free Research Field

理論物理、量子情報、量子デバイス、量子光学、量子統計物理

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

これまではさまざまな量子物理系は、それぞれの分野で個別に議論されることが通常であった。本研究では、これら物理学の各分野にまたがり多様な特徴をもつ量子物理系を戦略的に組み合わせ、融合することで、優れた量子性や新奇現象を見出し、またそれを高機能デバイスや新量子機能をもつデバイスの設計へ活かすことを目的として、その基礎となるハイブリッド量子系を系統的に議論し、応用するための理論体系の基礎を築いた。特に応用においては、現実的なノイズ下でも量子優位性を発揮するための各物理系の性質に基づいた個別の理論と、様々な組み合わせでの設計において共通に見られる特徴や問題点を設計上のノウハウとして明らかにした。