シリコン系２重量子ドットを用いた高性能なスピン量子ビットの実装と　量子計算の実現

利用硅基双量子点实现高性能自旋量子位并实现量子计算

• 批准号: 13J09761
• 负责人: 武田 健太
• 金额: $ 1.15万
• 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: 2013
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2013-04-01 至 2015-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-13J09761/
• 关键词: 量子ドット; 量子ビット

本年度の研究では、昨年度作製および測定を開始した試料の測定を継続して行った。スピンブロッケードおよびゲート電圧パルスによるスピン状態の初期化、測定（ポンプ・プローブ法）によって、１スピン操作に相当する単一電子スピン共鳴を確認した。得られたスピン共鳴信号中には、従来のGaAs系量子ドットでは見られない、反交差構造が得られた。これは、歪みSi系の２重バレー縮退（量子ドット中では閉じ込めのためわずかに縮退が解けている。）に起因するもので、バレー励起エネルギーと、スピンのゼーマンエネルギーが等しいときにスピンおよびバレー励起状態が混成することに相当する。続いて、本研究の中心テーマである高性能なスピン量子ビットの実装に相当する、電子スピン共鳴の時間分解測定（Rabi振動）および、Ramsey干渉によるコヒーレンス評価の実験を行った。本測定では、電子スピンの読み出しは各量子ドットに結合した電極を用いたenergy selective readoutを用いて、左右各量子ドットに対して独立に行った。左右どちらのドットに対しても、Rabi振動の観測に成功し、現在のSi系量子ドットにおける報告例の中では最高のRabi周波数（＝単一量子ビットの操作速度）を得た。Ramsey干渉によるコヒーレンス評価では、各量子ドットについて、2μs程度のT2*(集団横位相緩和時間)を得た。この値は、従来のGaAs系量子ドットの100倍程度の値となっており、Si系で核スピンの影響が大きく低減されたことを示す。これらの値(Rabi周波数およびT2*)は、位相緩和のみを考慮した単一量子ビット操作の忠実度としては、99.9%以上に相当し、従来のGaAs系で実現された最高値(96.6%)と比較すると、スピン量子ビットの性能が大きく向上したことがわかる。

This year's study was conducted on the basis of the results of the previous year's study. The initial and measurement of the state of the electric field are carried out by the electric field and the resonance of the electric field is confirmed by the electric field. In the resonance signal, the GaAs quantum structure is reversed and reversed. This is the second time that we've had this conversation. The cause of the accident is that the accident occurred in the middle of the accident. The center of this study is to evaluate the high performance of the quantum system, the time resolution of the electron resonance (Rabi vibration), and the performance of the quantum system. This measurement is based on the energy selective readout of each quantum dot, and the energy selective readout of each quantum dot. The highest Rabi cycle number (= operating speed of one quantum) was obtained in the present Si-based quantum device. Ramsey stem cells are evaluated for each quantum cell, and T2*(collective phase relaxation time) of 2μs is obtained. The value of this parameter is 100 times higher than that of the GaAs and Si quantum crystals. The highest value (96.6%) for GaAs system was achieved when phase relaxation was taken into account, and the performance of quantum system was greatly improved when phase relaxation was considered.

项目成果

電子スピン共鳴によるSi量子ドット中のスピン・バレー状態の考察

通过电子自旋共振考虑硅量子点中的自旋谷态

• 发表时间: 2015
• 作者: 〇桑原泰隆;松村遼;山下弘巳;岡部 徹;東森崚馬，門田慧奈，高橋將，祢冝淳太郎，馬渕敦士，相川美里，小嶋美紀子，竹林裕美子，榊原均， 射場厚;武田健太，神岡純，小幡利顕，大塚朋廣，中島峻，マシュー・デルベック，天羽真一，米田淳，野入亮人，菅原烈，小寺哲夫，小田俊理，樽茶清悟
• 通讯作者: 武田健太，神岡純，小幡利顕，大塚朋廣，中島峻，マシュー・デルベック，天羽真一，米田淳，野入亮人，菅原烈，小寺哲夫，小田俊理，樽茶清悟

Charge noise analysis of metal oxide semiconductor dual-gate Si/SiGe quantum point contacts

• DOI: 10.1063/1.4878979
• 发表时间: 2014-05-28
• 期刊: JOURNAL OF APPLIED PHYSICS
• 影响因子: 3.2
• 作者: Kamioka, J.;Kodera, T.;Oda, S.
• 通讯作者: Oda, S.

微小磁石を備えたSi/SiGe2重量子ドットにおける単一電子スピン共鳴

微磁体 Si/SiGe2 量子点中的单电子自旋共振

• 发表时间: 2014
• 作者: 武田健太;神岡純;小幡利顕;大塚朋廣;中島峻;マシュー・デルベック;天羽真一;米田淳;野入亮人;菅原烈;小寺哲夫;小田俊理;樽茶清悟
• 通讯作者: 樽茶清悟