Research on Quantum Memory using Superconducting Artificial Atoms

利用超导人造原子的量子存储器研究

• 批准号: 22241025
• 负责人: SEMBA Koichi
• 金额: $ 28.04万
• 依托单位: National Institute of Informatics (2011-2012)NTT Basic Research Laboratories (2010)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• 财政年份: 2010
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2010 至 2012
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22241025/
• 关键词: 人工原子; 量子メモリー; ダイヤモンド; 微小共振器; メゾスコピック系; 超精密計測; 超伝導; NVセンター; エンタングルメント; 量子非破壊測定; 量子通信; (超)強結合; cavity-QED(共振器量子電磁力学); 光の強結合領域; 擬確率分布関数

We have demonstrated strong coupling between a solid-state quantum processing unit (a superconducting artificial atom : a flux-qubit) and a dedicated quantum memory (nitrogen-vacancy (NV) centers in diamond). These results indicate that quantum information manipulated in flux qubits can be stored to and retrieved from an ensemble of NV centers. A quantum memory is an essential component for quantum communication and information processing. Our work demonstrated that diamond is a promising candidate for a future quantum memory. This is a significant step forward in the development of a quantum computer and additionally to an interface between the microwave and optical worlds. This result also demonstrated generation of entanglement between two distinct macroscopic matter i.e., the spin state of a few tens of million (attomol) NV centers and the persistent current circulating in a micro-meter sized electronic circuit, a flux-qubit. We have analysed the dynamics of the NV center ensemble and a single NV center strongly coupled with the superconducting qubit. We also investigated mathematical tools to represent these quantum states with a generalization of Wigner function as well as other quasi-distribution functions. This physical system can be applied to construct novel quantum information devices, such as memory and interface. We investigated several possibilities and showed advantages of such devices in quantum information network

我们已经证明了固态量子处理单元（超导人造原子：通量量子位）和专用量子存储器（金刚石中的氮空位（NV）中心）之间的强耦合。这些结果表明，在通量量子位中操纵的量子信息可以存储到 NV 中心集合中并从中检索。量子存储器是量子通信和信息处理的重要组成部分。我们的工作表明，金刚石是未来量子存储器的有希望的候选者。这是量子计算机发展以及微波和光学世界之间的接口方面向前迈出的重要一步。这一结果还证明了两种不同的宏观物质之间纠缠的产生，即数千万（阿托摩尔）NV中心的自旋状态和微米大小的电子电路（通量量子位）中循环的持续电流。我们分析了 NV 中心系综和与超导量子位强耦合的单个 NV 中心的动力学。我们还研究了用维格纳函数以及其他准分布函数的推广来表示这些量子态的数学工具。该物理系统可用于构建新型量子信息器件，例如存储器和接口。我们研究了几种可能性并展示了此类设备在量子信息网络中的优势

项目成果

Quantum Zeno effect with a superconducting qubit

• DOI: 10.1103/physrevb.82.180518
• 发表时间: 2010-06
• 期刊: Physical Review B
• 影响因子: 3.7
• 作者: Y. Matsuzaki;S. Saito;K. Kakuyanagi;K. Semba

超伝導磁束量子ビット回路

超导通量量子位电路

• 发表时间: 2010

Superconducting flux qubit NV-diamond hybrid quantum system

超导通量量子位NV-金刚石混合量子系统

• 发表时间: 2010
• 作者: 江口敬太郎;高木康多;中川剛志;横山利彦;久保田千尋;Sunao Yamada;Kouichi Semba
• 通讯作者: Kouichi Semba

トンネルエネルギー可変な超伝導磁束量子ビットのコヒーレント制御

具有可变隧道能量的超导通量量子位的相干控制

• 发表时间: 2010
• 作者: T;Nohmi;仙場浩一
• 通讯作者: 仙場浩一

超伝導量子ビットとスピン集団のコヒーレント結合 (招待執筆)

超导量子位和自旋群体的相干耦合（特邀作者）

• 发表时间: 2012
• 期刊: NTT技術ジャーナル
• 作者: Fukuda;T.;Sugiyama;S.;Matoba;S. and Shiraiwa;T.;Ryuji Matsumoto et al;齊藤 志郎,X. Zhu,W.J.Munro,仙場 浩一
• 通讯作者: 齊藤 志郎,X. Zhu,W.J.Munro,仙場 浩一