ヘリウム液面電子による量子計算の研究

利用氦表面电子的量子计算研究

基本信息

批准号：
05F05605
负责人：
河野公俊
金额：
$ 1.54万
依托单位：
The Institute of Physical and Chemical Research
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2005
资助国家：
日本
起止时间：
2005 至 2006
项目状态：
已结题

项目摘要

ヘリウム液面上で電子の位置を1電子単位で制御し、またミリ波励起によってその量子状態を制御することにより、量子ビットを作成することが原理的に可能である。電子の量子状態を観測することは、量子計算結果の読み出しを行うことにあたり、単一電子の量子状態制御と状態観測は大きな実用可能性をもっているとともに、量子力学の基礎に関わる重要な基礎科学の課題でもある。これらの技術要素がいずれも、実現可能であることは、ほぼ明白であるが、実験的実証は今後の大きな課題である。本研究計画では、これらの課題のうち、ミリ波励起による表面励起状態への遷移を制御することと、励起状態からの選択的なイオン化による、電子状態観測の基礎を理解することを目的として、ミリ波照射下での表面電子の3次元空間への逸出現象について調べる。今年度はミリ波の吸収により液面に対して垂直方向の量子状態が励起された後にヘリウム蒸気中の原子と電子が衝突することで、その運動エネルギーが水平方向に転換されることによる、ホットエレクトロン効果が顕著に観測されることを見出した。電子間の強い相互作用により複数のサブバンドに分布する電子が単一の温度を持つことが期待されることから、理論的なモデルを提案し実験結果との比較を行った。ミリ波のない状況におおいて、斉藤基彦らの考察したホットエレクトロン効果と類似性が高いことがわかり、定量的にもよい理論との一致が得られた。現在論文を投稿中である。

原则上，可以通过以电子为单位控制氦液体表面上的电子位置并使用毫米波激发控制其量子态来创建量子位。观察电子的量子态在读出量子计算结果时控制和观察单个电子的量子态也是一个挑战。几乎很明显，所有这些技术要素都是可以实现的，但实验验证仍然是未来的主要挑战。其中，本研究计划旨在通过毫米波激发控制向表面激发态的跃迁以及从激发态选择性电离来了解电子态观测的基础知识，我们研究表面电子逃逸到三维空间的现象。在毫米波照射下。今年，我们将重点关注热水，它是由毫米波吸收引起的，它激发垂直于液体表面的量子态，然后氦蒸气中的原子和电子碰撞，将它们的动能水平转换。发现可以清楚地观察到电子效应。由于电子之间的强相互作用预计分布在多个子带中的电子具有单一温度，因此我们提出了一个理论模型并将其与实验结果进行了比较。在没有毫米波的情况下，发现与Motohiko Saito等人考虑的热电子效应有高度的相似性，并与理论得到了很好的定量一致性。目前论文正在提交中。