半導体量子ドット系における電子スピンを用いた量子テレポーテーションの実装

在半导体量子点系统中利用电子自旋实现量子隐形传态

• 批准号: 20J12862
• 负责人: 小嶋 洋平
• 金额: $ 1.34万
• 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: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-24 至 2022-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20J12862/
• 关键词: 量子ドット; 量子情報; 量子ビット; 電子スピン; 電子スピン量子ビット

本研究では半導体量子ドット中に閉じ込めた単一電子スピンを量子ビットとして用いた量子テレポーテーション（QT）の実装が最終目標である。QT とは入力量子ビットの状態を遠隔地に転送する量子アルゴリズムで、ゲートテレポーテーションや一方向量子計算など様々なアルゴリズムに転用可能である。そのため量子テレポーテーションは様々な物理系で実現されており、量子情報技術の進捗を表す試金石となっている。量子テレポーテーションでは2ビット操作が必要であり、半導体量子ドット電子スピン量子ビット系では電子スピン同士のハイゼンベルグ型の交換相互作用を用いて2ビット操作を実現する。しかし交換相互作用は量子ドット間のエネルギー差やトンネル結合といった電気的な性質に依存するため、電荷ノイズの影響を受ける。その結果、相互作用の大きさが揺動し2ビット操作の忠実度が低下するという問題があった。これに対し我々はFPGAを用いたゲート電圧の動的な制御を用いることで電荷ノイズの影響を低減することに成功した。その結果2ビット操作中のコヒーレンス時間の延長を観測した。これは2ビット操作の忠実度が向上したことを示している。またノイズのパワースペクトル密度を調べたところ、低周波ノイズが抑制されていることを確認した。この手法はより複雑な量子アルゴリズムを実装する際にも応用することができ、将来的に大規模量子計算においても有用であることが期待される。

This study aims to develop a semiconductor quantum device that can be used as a quantum device. QT is a quantum computing tool that can be used in a wide range of quantum computing applications. The quantum information technology is a touchstone for the development of physics. Quantum technology is necessary for the operation of semiconductor quantum electronic systems. Quantum electronic systems are used for the operation of semiconductor quantum electronic systems. Exchange interactions are influenced by the nature of the electron and the charge in the quantum space. The result of the interaction is that the operation of the system is not stable. This is the first time I've ever been able to control a battery. The results of the test are as follows: 2. The operation of the system is carried out in an upward direction. For example, if you want to buy a car, you can buy a car. This approach is expected to be useful in the future for large-scale quantum computing.

项目成果

Ruhr-University(ドイツ)

鲁尔大学（德国）

Probabilistic teleportation of a quantum dot spin qubit

量子点自旋量子位的概率隐形传态

• DOI: 10.1038/s41534-021-00403-4
• 发表时间: 2021
• 期刊: npj Quantum Information
• 影响因子: 7.6
• 作者: Y. Kojima;T. Nakajima;A. Noiri;J. Yoneda;T. Otsuka;K. Takeda;S. Li;S. D. Bartlett;A. Ludwig;A. D. Wieck and S. Tarucha
• 通讯作者: A. D. Wieck and S. Tarucha

Active suppression of low-frequency noise in exchange interaction between single-electron spin qubits

单电子自旋量子位之间交换相互作用中低频噪声的主动抑制

• 发表时间: 2022
• 作者: Natsumi Takei;Yuki Takada;Shohei Kawamura;Keisuke Sato;Atsushi Saitoh;Jenny Bormann;Wai Shan Yuen;John Carroll;Tomoya Kotani;Yohei Kojima
• 通讯作者: Yohei Kojima

University of Sydney(オーストラリア)

悉尼大学（澳大利亚）