半導体２重量子ドット中の電子スピンを用いた量子ビットの高性能化と量子計算の実現

提高量子比特性能并利用半导体双量子点中的电子自旋实现量子计算

基本信息

批准号：
11J09133
负责人：
米田淳
金额：
$ 1.22万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2011
资助国家：
日本
起止时间：
2011 至 2013
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究の目標は、半導体量子ドット中の電子スピンを量子ビットとして用いた量子計算を実現することである。そのための技術的課題の克服や物理的検証を目指して研究を進めてきた。これまでに、微小磁石による局所磁場を利用することで、従来の報告値よりも1桁高速な120MHz以上のESR動作を実現、単一スピン操作において95%程度と高い忠実度を達成した。また単一電子スピンの位相を電極電圧で直接制御できることを示し、量子計算に有用な50MHzの位相操作を実証するなど、半導体量子ドット中の電子スピン量子ビットの性能の高さを示してきた。本年度は単一スピン量子ビットの量子操作実験に関してさらに解析を進めた。100MHzのESRを用いることで核スピンとの相互作用時間に比べて短い時間での操作が達成されており、そのラビ振動がこれまで観測されていたものとは質的に異なる振る舞いを見せていることを明らかにした。また、本研究で初めて同系で観測されたシェプロン紋様が、このような高速操作を実現した場合にのみ観測されることを理論的に明らかにした。またこれらの結果を踏まえ、量子計算に必要な量子誤り訂正の実証を見据えて、3量子ビット系の実装に取り組んだ。このために、高い制御性を備えた3重量子ドット試料を作製した。自由度の高い試料の調整時間を短縮するため、またスピン状態の単一検出を可能にするために、高速読み出しを可能にする高周波測定系を構築した。これにより量子ドット試料の特性評価に要する時間を従来の1割程度にまで短くできた。また、いくつかの3重量子ドットをスピン操作に必要な電子数状態に調整した。さらに構築した測定系における雑音強度と試料の信号強度から、忠実度99%のスピン検出に必要な時間を推定し、緩和時間に比べて非常に短い、4μs程度での検出が可能という見積もりをたてた。

这项研究的目标是利用半导体量子点中的电子自旋作为量子位来实现量子计算。为此，我们一直在进行旨在克服技术问题的研究并进行物理验证。迄今为止，通过使用微磁体产生的局部磁场，我们已经实现了超过 120MHz 的 ESR 操作，这比之前报道的值快了一个数量级，并且在单自旋操作中实现了约 95% 的高保真度。我们还展示了半导体量子点中电子自旋量子位的高性能，通过证明单个电子自旋的相位可以通过电极电压直接控制，并演示 50MHz 的相位操纵，这对于量子计算很有用。今年，我们进一步分析了单自旋量子位的量子操纵实验。通过使用 100 MHz ESR，与核自旋的相互作用时间相比，可以在短时间内完成操作，并且拉比振荡表现出与迄今为止所观察到的性质不同的行为。此外，我们从理论上澄清了，在本研究中首次在同一系统中观察到的人字形图案只有在实现如此高速运行时才能观察到。基于这些结果，我们还致力于实现一个三量子位系统，以展示量子计算所必需的量子纠错。为此，我们创建了具有高可控性的三量子点样品。为了缩短高自由度样品的制备时间并实现自旋态的单次检测，我们构建了能够高速读出的高频测量系统。结果，评估量子点样品特性所需的时间减少到常规时间的10%左右。我们还调整了一些三量子点到自旋操作所需的电子态。此外，我们根据构建的测量系统中的噪声强度和样品的信号强度估计了保真度为 99% 的自旋检测所需的时间，并估计检测可以在约 4 μs 内完成，这与现有技术相比是非常短的。放松时间。

项目成果

期刊论文数量（0）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Direct phase control of a single spin qubit

单个自旋量子位的直接相位控制

DOI：
发表时间：
期刊：
影响因子：
0
作者：
Jun Yoneda*;Tomohiro Otsuka*;Takashi Nakajima;Tatsuki Takakura;Toshiaki Obata;Hong Lu;Christopher Palmstrom;Arthur C. Gossard; and Seigo Tarucha (*equal contribution)
通讯作者：
and Seigo Tarucha (*equal contribution)

Detection of spin polarization utilizing singlet and triplet states in a single-lead quantum dot

DOI：
10.1103/physrevb.86.081308
发表时间：
2012-06
期刊：
Physical Review B
影响因子：
3.7
作者：
T. Otsuka;Yuuki Sugihara;J. Yoneda;S. Katsumoto;S. Tarucha
通讯作者：
T. Otsuka;Yuuki Sugihara;J. Yoneda;S. Katsumoto;S. Tarucha

単一電子スピン量子ビットの位相ゲート

单电子自旋量子位相门

DOI：
发表时间：
期刊：
影响因子：
0
作者：
米田淳;大塚朋廣;中島峻;高倉樹;小幡利顕;樽茶清悟
通讯作者：
樽茶清悟

Coherent dynamics of a strongly driven single electron spin

强驱动单电子自旋的相干动力学

DOI：
发表时间：
期刊：
影响因子：
0
作者：
Jun Yoneda*;Tomohiro Otsuka*;Takashi Nakajima;Tatsuki Takakura;Toshiaki Obata;Hong Lu;Christopher Palmstrom;Arthur C. Gossard; and Seigo Tarucha (*equal contribution)
通讯作者：
and Seigo Tarucha (*equal contribution)

Single-step Z Rotation of a Single Spin Qubit in a Semiconductor Quan turn Dot

半导体量子转点中单自旋量子位的单步 Z 旋转

DOI：
发表时间：
2013
期刊：
影响因子：
0
作者：
J. Yoneda;T. Otsuka;T. Nakajima;T. Takakura;T. Obata;H. Lu;C. Palmstrom;A. C. Gossard;and S. Tarucha
通讯作者：
and S. Tarucha

DOI：
{{ item.doi }}
发表时间：
{{ item.publish_year }}
期刊：
{{ item.journal_name }}
影响因子：
{{ item.factor }}
作者：
{{ item.authors }}
通讯作者：
{{ item.author }}

数据更新时间：{{ journalArticles.updateTime }}

作者：
{{ item.author }}

数据更新时间：{{ monograph.updateTime }}

作者：
{{ item.author }}

数据更新时间：{{ sciAawards.updateTime }}

作者：
{{ item.author }}

数据更新时间：{{ conferencePapers.updateTime }}

作者：
{{ item.author }}

数据更新时间：{{ patent.updateTime }}

米田淳其他文献

エタノール－水混合溶媒中におけるゼオライト触媒を用いたセルロース変換

在乙醇-水混合溶剂中使用沸石催化剂转化纤维素

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
溝口来成;米田淳;小寺哲夫;濱口峻佑，豊木研太郎，白土優，中谷亮一;萩原礼奈・近澤佑都・今村和也・恩田歩武
通讯作者：
萩原礼奈・近澤佑都・今村和也・恩田歩武

SFE-SFC-FRCシステムを用いた新規超臨界二酸化炭素中溶解度測定法の開発

使用 SFE-SFC-FRC 系统开发测量超临界二氧化碳溶解度的新方法

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
溝口来成、西山伸平;加藤公彦;柳永勛;村上重則;森貴洋;米田淳;小寺哲夫;松原愛帆，笹岡健二，山本貴博，福山秀敏;富永早貴，山下俊幸，高橋政友，相馬悠希，富安範行，松山清，和泉自泰，馬場健史
通讯作者：
富永早貴，山下俊幸，高橋政友，相馬悠希，富安範行，松山清，和泉自泰，馬場健史