【研究領域課題番号】19H01821 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

量子技術 / 量子情報 / 超伝導量子回路 / 電子トラップ / 量子エレクトロニクス / 単一電子検出 / パウルトラップ / ハイブリッド量子系 / 低温電子源 / 高電圧超伝導回路 / 極低温極高真空 / 超伝導ナノワイヤ検出器 / 量子制御 / イオントラップ

【研究成果の概要】

振動電場によって真空中に捕獲された電子を用いることで、長いコヒーレンスと速い制御を両立した量子系を構築することができる。しかし、電子は光によって量子制御することが難しいために、これまで制御された量子系として実現されてこなかった。そこで、本研究では、極低温環境において電子を捕獲し、その量子状態を超伝導マイクロ波回路を用いて観測・制御することを目指して研究をしている。
令和３年度では、極低温下での低エネルギー電子を検出する方法として、超伝導ナノワイヤを用いた単一電子検出器の開発を行った。光電効果により発生した電子を静電レンズで集束し、超伝導ナノワイヤに照射した。この方法により、20 eV程度という低エネルギーの単一電子を検出することに成功し、バイアス電流の変化による量子効率の変化などを評価した。また、極低温での電子トラップのための低エネルギー電子源を開発した。原子の光イオン化閾値ぎりぎりの波長のレーザー光を照射することでmeVオーダーの電子を発生させることに成功した。
さらに電子を捕獲制御するシステムとして、新しく同軸マイクロ波共振器を用いたものを提案し、その閉じ込め深さや必要なマイクロ波強度のシミュレーションを行った。この系は室温でも電子のトラップが可能であり、電子の振動検出に十分なQ値が実現する。
これらのシステムを用いた電子捕獲や電子の冷却方法の提案について、また低エネルギー電子生成の結果について論文としてまとめた。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2019-04-01 - 2023-03-31

【配分額】17,680千円 (直接経費: 13,600千円、間接経費: 4,080千円)

【研究分野】ナノ構造物理

【研究領域課題番号】26220601 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

量子ハイブリッド系 / 超伝導量子ビット / 量子情報 / 量子計測 / ナノメカニクス / マグノニクス / 超伝導量子回路 / 強磁性体 / マグノン / ハイブリッド量子系 / 量子力学 / 超伝導 / 集団励起 / 強磁性

【研究成果の概要】

対称性の破れに伴って生じる固体中の巨視的集団励起モードの自由度を単一量子レベルでコヒーレントに制御する手法を開拓した。超伝導回路上の量子状態制御技術をツールとして、他の量子系の量子状態制御を実現する量子ハイブリッド系を構築した。超伝導回路上のマイクロ波伝搬モードの量子状態はもとより、強磁性体中の集団スピン励起であるマグノンモードや、ナノメカニカル素子内の集団原子運動であるフォノンモードなどの量子状態を操作し、スクイーズド状態・粒子数（Fock）状態・量子もつれ状態など非古典的状態を自在に生成し観測する手法を開発した。

【研究の社会的意義】

固体素子中の様々な自由度を量子力学的に制御・観測する手法を開発することにより、固体中の集団励起モードの素励起を直接調べることを可能にするとともに、量子技術の適用領域を拡大し量子情報や量子計測応用への可能性を切り拓いた。

【研究種目】基盤研究(S)

【研究期間】2014-05-30 - 2019-03-31

【配分額】195,130千円 (直接経費: 150,100千円、間接経費: 45,030千円)