ＭＯＳ構造デバイスによるシリコン電子スピン量子ビット実現へ向けた研究

使用MOS结构器件实现硅电子自旋量子位的研究

基本信息

批准号：
13J07182
负责人：
堀部浩介
金额：
$ 1.54万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2013
资助国家：
日本
起止时间：
2013-04-01 至 2015-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

シリコン量子ドットデバイスを作製して、電子スピン量子ビットへ向けた研究を行ってきた。本年度の成果については、電子スピン量子ビットにおいて重要な課題であるバックアクション（量子ビット測定時の意図しない量子状態破壊）について実験および理論的に評価を行い、バックアクションを抑制する方法を明らかにした。具体的には、量子ビットの測定に用いられる電荷センサの影響により意図しない量子ドット内電子励起を実験的に観測し、このバックアクションの評価を行った。また、この結果についてレート方程式などを用いた理論式でフィッティングを行い、バックアクションの強さを評価した。それにより、電荷センサに流れる電流値を小さくすることによって、バックアクションを抑制できることがわかった。この方法を用いることにより、電子スピン量子ビットにおけるバックアクションの問題を解決されることが期待される。成果についてはApplied Physics Letters誌に投稿し採択され出版された[Appl. Phys. Lett. 106, 053119 (2015)]。また、少数電子占有状態のシリコン２重結合量子ドットにおいて、交換相互作用を用いた電子スピン量子ビットの実現に必須である結合量子ドット間トンネル結合制御の実験を行った。物理的パターン形成によるシリコン量子ドット構造ではトンネル結合が量子ドットパターンの形状に大きく依存するが、トップゲート電圧を変調することによりこのトンネル結合の変調を行うことに成功した。この結果は、物理的パターン形成によるシリコン量子ドット構造が交換相互作用を用いた電子スピン量子ビット操作に適用できることを示すものである。この結果に関しても、Applied Physics Letters誌に投稿し採択され出版された[Appl. Phys. Lett. 106, 083111 (2015)]。

我们制造了硅量子点设备，并一直在进行电子自旋量子位的研究。关于今年的结果，我们透露了如何在电子自旋量子位中测试和理论上评估量子位测量时的背部动作（意外的量子状态破坏），并抑制背部动作。具体而言，由于在测量量子位的测量中使用的电荷传感器的影响，因此在实验中观察到了 - Quantum dot -in -in -excitation中的意外情况，并评估了这种背部作用。此外，使用速率方程式等理论公式拟合结果，并评估了背部作用的强度。结果，发现可以通过减少流向电荷传感器的电流值来抑制背部动作。该方法有望解决电子自旋量子位中的背部动作问题。结果在应用物理杂志上发布，并发表。此外，在少数电子占据的硅双构量点中，进行了结合点之间结合量子点的实验，这对于使用交换相互作用实现电子自旋量子位至关重要。在硅量子点结构中，通过形成物理模式，隧道的结合在很大程度上取决于量子点模式的形状，但是这种隧道粘结已通过调节顶部栅极电压的调制而成功。该结果表明，通过形成物理图案的硅量子点结构可以使用交换相互作用应用于电子自旋量子位操作。结果也被发布，在应用物理杂志上发表。