2キュービットゲートを用いた鎖状スケーラブル量子コンピュータの開発

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本研究は、「ダイヤモンド中のNVセンター(室温で初期化と単一スピン検出ができる)を鎖状に並べたスヶーラブル・室温動作の量子コンピュータの開発の前提」である、(1)核スピンをもたない同位体^<12>Cの濃縮と不純物窒素低減とにより、NVセンターのコヒーレンス時間が十分に長くできること、それにより(2)双極子双極子相互作用を用いて、2キュービットのCNOTゲートが実現できること、を実証することを目的とした。^<12>C99.7%、不純物窒素濃度[N]=0.05ppbのCVD単結晶でNVセンターのコヒーレンス時間T_2=1.8ms(室温)が得られたのに対して、^<12>C99.97%,[N]=0.6ppmのHPHT結晶中のNVセンターではT_2=0.17msで、[N]=0.6ppmの天然存在比の結晶と同じであった。上記のCVD単結晶では成長時導入のNVセンターについてT_2が測定されているのに対して、HPHT結晶では電子線照射・熱処理を用いてNVセンターを作成している。2キュービットのCNOTゲートの実証には、イオン注人で作成したNVセンターのペアーが、長いT_2をもつような作製プロセスが不可欠である。電子線照射やイオン注入で効率よくNVセンターを作成するとともに、コヒーレンス時間を短くする要因となる余分な欠陥を残さないために、高温の電子線照射や窒素イオン照射を行い、照射条件・熱処理条件を探索した。^<12>C99.97%濃縮した炭素源を用いて作成したHPHT結晶において不純物窒素の低減をはかり、[N]=35ppbのものが得られた。この結晶に、単一イオン入射マイクロイオンビーム技術を用い、同一ポイント(径～1μm)に数を制御した窒素イオン(10MeV)の照射を行った。碁盤目状に打ち込んだたくさんのポイントのなかから、NVセンターのペアーを探し出すことにより、CNOTゲートに使える距離のペアーとして存在するNVセンターのT_2を長くする指針が得られると考えられる。