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超伝導量子回路上のマイクロ波量子光学とその応用

超导量子电路中的微波量子光学及其应用

基本信息

批准号：
26247067
负责人：
中村泰信
金额：
$ 11.4万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
财政年份：
2014
资助国家：
日本
起止时间：
2014-04-01 至 2015-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-26247067/
关键词：
超伝導量子ビット量子光学マイクロ波量子情報

项目摘要

超伝導回路を用いたマイクロ波量子光学の新しい学理の追究と、技術の開発・応用を目指した研究を行った。原子と光子を用いて研究されてきた従来の量子光学にたいして、超伝導回路を用いた人工量子系における量子光学は、その巨視性ゆえパラメータの設計に大きな自由度を持ち、様々な質的に新しい物理現象や技術をもたらし、人工原子としての量子ビットとマイクロ波光子の巨大な相互作用に起因する新たな効果を実証・解明するとともに、それを利用した量子ビットの制御や読み出し技術を開発し、高精度の量子状態制御を可能にする。研究の主な成果を以下に記す。①超伝導回路上のマイクロ波量子光学の非線形領域における振る舞いを、超伝導マイクロ波空洞共振器中に置かれた超伝導量子ビットの応答スペクトルを通して調べた。共振器と量子ビットの強い相互作用により、量子ビットの励起スペクトルが共振器中に存在するマイクロ波光子数に応じて離散的なacシュタルクシフトを起こすことは以前から知られているが、それに加えて新たな微細スペクトル分裂を観測した。理論的考察の結果、駆動された量子系におけるドレスト状態の間に起こる遷移に起因するものであり、フランク=コンドン効果との類比が成り立つことを明らかにした。②超伝導マイクロ波空洞共振器中に置かれた超伝導量子ビットの離散的acシュタルクシフトを利用して、駆動された共振器中の非平衡定常状態におけるマイクロ波光子数分布を測定する手法を開発した。コヒーレント状態、熱分布状態、ジョセフソンパラメトリック増幅器で生成したスクイーズド真空状態を共振器に入力し、その光子数分布の違いを直接的に観測することに成功した。③ジョセフソンパラメトリック発振器を用いた量子ビット読み出し技術を提案・実証し、高速かつ高精度の非破壊読み出しを実現した。この技術は今後、量子フィードバックなどの実現に有用となると期待される。

Research on the New Theory and Development of Ultraviolet Quantum Optics Quantum optics, quantum optics It is possible to develop high-precision quantum state control technology by using quantum state control technology. The main results of the study are described below. 1. Superconducting quantum optics in nonlinear domain. Superconducting quantum resonator. Superconducting quantum optics in nonlinear domain. Resonators and quantum excitation of strong interaction, quantum excitation of the existence of the number of discrete photons in the resonator, but also to increase the number of new micro-particles split detection The result of theoretical investigation, the cause of transition between states in quantum systems, and the analogy between states are clear. (2) The method for measuring the photon number distribution of the superconductivity wave in the cavity resonator under the nonequilibrium steady state is developed. The state of the resonator, the state of the thermal distribution, the state of the vacuum generated by the resonator, the state of the photon number distribution, and the direct measurement of the state of the resonator are successful. 3. The application of quantum technology in vibration detection, high speed, high precision and non-destructive technology This technology is expected to be useful in the future.