Development of very-low-temperature pulsed-magnetic-resonance measurement technique and its application to quantum computer models using lightly-doped semiconductors

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本研究は、フィンランドとの国際共同研究により、極小の共振器(μR)を開発することで、これまで困難であった超低温かつ強磁場での高周波パルス磁気共鳴法の技術開発を行うとともに、開発した装置を用いて、希薄にリンをドープした純良なシリコン半導体(Si:P)を用いた量子計算に必要とされる超低温・強磁場下でのスピン状態の観測と制御を目指すものである。ミリ波帯μRによるパルス磁気共鳴法は、物性物理学や量子情報分野で有用な技術であるのみならず、極微量試料の評価を必要とする化学、ライフサイエンス等、さらには、単一スピンの検出にまで適用できる将来性がある。本年度はまずオンラインで打ち合わせを行い、先方の状況の変化（ポスドクの就職等）にともない、先方の装置のうち特にESR信号を高感度に検出するためにキーとなる極低温で動作するミリ波ブリッジ回路を譲り受けて、日本の装置に組み込むこととした。さらに夏に日本で開かれる国際会議にあわせて対面によってこれまでの試作品の現物を見ながら議論する予定であったが、コロナウイルス感染予防対策の厳しさのために先方の来日を断念せざるを得なかった。日本からは10月にフィンランドへ渡航し、譲渡を受ける物品などの試験などを行い、必要物品を輸送した。その後、フィンランドの共同研究者とともに、日本で高感度ESR測定装置のセットアップ作業を行った。完成にはまだいくつかの素子が必要であり、そのうちのプリアンプを購入した。日本側では、並行して、電磁場解析シミュレーションによる共振器デザインの検討を開始した。