Study on propagation of quantum information in multiband superconductors

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超伝導体では、電子の位相はすべて揃っているため、量子位相はマクロに現れ、観測可能になる。我々は、2018年に２つの量子位相をもつ人工的な２バンド超伝導体Nb/AlO/Nbを作製することに成功し、Nb/AlO/Nbにおいて２つの量子位相の間にソリトン型の位相差が生じることを実験的に示した。位相差は、超伝導体中をソリトンとして伝播することが予想されるが、伝播実験に成功した例はまだ報告されていない。本研究の目的は、Nb/AlO/Nbに電流などを印加して位相差を駆動し、位相差のソリトンとしての振る舞いを観測することである。当該年度は前年度からの引き続きで、ソリトンの伝搬を観測するためのセンサーの開発を行った。位相差は、超伝導体に生じる磁束量子の磁束量から知ることができるため、超伝導体の上に微小なSQUID素子を100個程度置き、各位置でのSQUIDのアウトプットにより位相差を観測する。リソグラフィーにより２バンド超伝導体Nb/AlO/Nbの上に100個のSQUID素子を実装することに成功した。問題として、磁束量子とSQUID素子の相対位置によって観測される磁束量が変化してしまうことがわかった。これを解決するためにNb/AlO/Nb上にピンホールを開け、磁束量子の位置を固定させた。これにより、より正確に位相差を観測することに成功した。次年度はこのセンサーを用いて位相差の伝搬に関する研究を展開する。成果報告として、今年度は上記の内容について、１件の国際会議発表と2件の論文発表を行った。なお、上記の内容については次年度に学会においても公表する予定である。