超伝導人工原子によるマイクロ波量子光学および量子情報ネットワーク構築

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遠く離れた２つの系の間での量子情報の送受信は量子情報ネットワーク構築のための基本要素であり、重要な研究課題である。光と物質のコヒーレントな相互作用が重要となるこの分野は、近年になって超伝導回路の分野でも精力的に研究が行われるようになった。特に、超伝導LC共振器にジョセフソン接合の非線形性を組み合わせた実効的な二準位系（超伝導人工原子）は原子やイオンと比べて数千倍ほど大きい双極子モーメントを持つことから、マイクロ波光子‐超伝導人工原子間の強い相互作用を比較的容易に実現することができる。そのため、近年では、この強い相互作用を用いた共振器中の光子を制御する研究（回路量子電磁気学）や、超伝導人工原子を用いた量子光学に関する研究（マイクロ波量子光学）が活発に行われている。本研究では、このような超伝導量子回路の制御性を利用した高効率な量子情報ネットワークの実現を目標とし、超伝導人工原子を用いたマイクロ波量子光学および量子情報ネットワーク構築という課題名で研究を行っている。当研究課題では、特に超伝導共振器および超伝導人工原子を用いた、光子損失エラーに対して耐性のあるデュアルレール方式、特にタイムビンモード伝搬光子の生成についての研究を進めている。本年度は、昨年度提案したタイムビン伝搬光子生成が本当に可能かどうかを確認するため、シミュレーションを中心に研究を行った。その結果、現状の超伝導量子回路のパラメータにおいて、90%以上の生成効率を達成できることが明らかになった。しかし、実際の超伝導回路においては超伝導人工原子のエネルギーの動的制御に技術的な問題があり、シミュレーションで見積もられる実験結果は得られなかった。