Universal quantum media conversion in diamond quantum storage

钻石量子存储中的通用量子介质转换

基本信息

批准号：
20H05661
负责人：
小坂英男
金额：
$ 125.47万
依托单位：
Yokohama National University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (S)
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-08-31 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

本研究では、NV遠方の深層炭素集団を量子ストレージとし、幾何学的デカップリングによる深層炭素の個別量子もつれ生成、単一光子から単一深層炭素への選択的な量子メディア変換、任意の深層炭素間の量子もつれ測定、量子符号化によるフォールトトレラント化、NVアンサンブルへの拡張による大規模量子ストレージ化を実現する。完全無磁場下で動作する量子ストレージは超伝導量子ビットとの整合性が高く、量子インターネットで接続された量子コンピュータネットワークによる分散型量子計算や秘匿量子計算などに道を拓く。本年度は以下の成果を得た。・単一光子から単一深層炭素への選択的な量子メディア変換電子と狙った深層炭素との量子もつれを生成し、独自の量子もつれ吸収手法を用いることで、量子テレポーテーションの原理による光子から狙った炭素への選択的な量子状態転写（光子炭素間量子メディア変換）を完全ゼロ磁場において行った。実験で得られた平均忠実度は90%であった。光子から炭素への転写の際、仲介する電子のスピン状態を窒素に転写してシングルショット測定（量子非破壊測定）することで、転写後の炭素の量子状態を破壊することなく転写成功を検知した。また、一方の光子の量子状態を破壊されにくい深層炭素に転写して保管し、深層炭素の量子状態を維持しながら他方の光子の量子状態を表層炭素へ転写できることも確認した。・任意の深層炭素間の量子もつれ測定量子インターフェースの最重要機能は炭素間の完全ベル測定である。完全ゼロ磁場において、表層炭素と深層炭素の２つの炭素間の量子もつれを量子非破壊測定することで、完全ベル測定することに世界で初めて成功した。実験で得られた平均忠実度は83%であった。今回は片方の炭素に表層炭素を用いたが、同手法は任意の深層炭素に適応できる。

在这项研究中，我们使用远离NV的深部碳种群作为量子存储，通过几何解耦、选择性量子介质从单个光子到单个深部碳的转换来生成深部碳的个体量子纠缠，并生成任意的深部碳。测量两者之间的量子纠缠，使用量子编码使其具有容错性，并通过扩展到NV系综来实现大规模量子存储。量子存储在没有磁场的情况下运行，与超导量子位高度兼容，为利用量子互联网连接的量子计算机网络进行分布式量子计算和秘密量子计算开辟了道路。今年，我们取得了以下成果。・从单光子到单深碳的选择性量子介质转换通过在电子和目标深碳之间产生量子纠缠，并使用独特的量子纠缠吸收方法，我们可以利用以下原理将光子转换为单深碳：量子隐形传态到目标碳的选择性量子态转移（光子-碳量子介质转换）是在完全零磁场中进行的。实验中获得的平均保真度为90%。当光子转移到碳时，介导电子的自旋态转移到氮，并执行单次测量（量子无损测量）以检测转移是否成功，而转移后不会破坏碳的量子态。他们还证实，可以将一个光子的量子态转移到难以破坏的深层碳上并将其存储起来，并将另一个光子的量子态转移到表面碳上，同时保持深层碳的量子态。・任意深碳之间的量子纠缠测量量子界面最重要的特征是碳之间的完整贝尔测量。我们在世界上首次成功进行了完整的贝尔测量，在完全零的磁场中无损测量两种碳（表面碳和深层碳）之间的量子纠缠。实验中获得的平均保真度为83%。这次，我们使用表面碳作为碳之一，但该方法可以应用于任何深层碳。

项目成果

期刊论文数量（146）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Effect of surface irregularities on diamond Schottky barrier diode with threading dislocations

表面不规则性对具有穿透位错的金刚石肖特基势垒二极管的影响

DOI：
10.1016/j.diamond.2022.109188
发表时间：
2022
期刊：
Diamond and Related Materials
影响因子：
4.1
作者：
Mikata N.;Takeuchi M.;Ohtani N.;Ichikawa K.;Teraji T.;Shikata S.
通讯作者：
Shikata S.

Growth of High-Purity Diamond Films and Doping for Quantum Device Applications

用于量子器件应用的高纯度金刚石薄膜的生长和掺杂

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
A. Kafar;R. Ishii;S. Stanczyk;K. Gibasiewicz;S. Grzanka;T. Suski;P. Perlin;M. Funato and Y. Kawakami;T.Teraji
通讯作者：
T.Teraji

NEW DIAMOND

新钻石

DOI：
发表时间：
2019
期刊：
影响因子：
0
作者：
笹間陽介;小松克伊;森山悟士;井村将隆;寺地徳之;渡邊賢司;谷口尚;内橋隆;山口尚秀
通讯作者：
山口尚秀

プラズマCVD法を用いたダイヤモンドNVセンタの形成とその電荷状態制御

使用等离子体CVD方法形成金刚石NV中心并控制其电荷状态

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
影島博之;Shengnan Wang;日比野浩樹;加藤宙光
通讯作者：
加藤宙光

量子デバイス応用のためのダイヤモンド化学気相成長

用于量子器件应用的金刚石化学气相沉积

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
竹内茉莉花，見方尚輝，市川公善;寺地徳之;大谷昇，鹿田真一;寺地徳之;寺地徳之
通讯作者：
寺地徳之

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DOI：
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通讯作者：
大倉由楓，平田圭祐，石内俊一，築山光一，藤井正明

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通讯作者：
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DOI：
发表时间：
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作者：
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DOI：
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通讯作者：
武田直也，寉田知弥，平田圭祐，石内俊一，Sotiris Xantheas，藤井正明