ノイズ存在下における量子情報処理の基礎付けと応用

今年度は、共著論文が2本出版され、ほか1本の投稿が済んだ。1本目は、量子系の時間発展を用いて量子センシングに有用な状態（猫状態）を作り出し、磁場センサーとして高い感度を出すという内容である。通常、センシングに有用なエンタングル状態を作るには量子ビット同士の相互作用の細やかな制御や複雑なゲート操作が必要となるが、本スキームでは、1次元スピン鎖の端のスピンの読み出しを最初に行うだけで、その影響が次々と隣のスピンへ伝搬し、その結果猫状態が作られる。さらに、そのままその猫状態を測定したい外部磁場に一定時間さらして時間発展をさらに続け、最後に改めて端のスピンに読み出しを行うと、高感度センシングができるというものである。この結果はPhysical Review A誌で出版された。2本目は、上記と同じく猫状態を生成して磁場センサーとして高い感度を出すという内容であるが、重要なのは断熱操作を使うことで、量子センサーとして特に優秀なGHZ状態を簡単に作り出すという点である。これもまた、相互作用の細やかな制御等を必要としない。我々はさらに、初期状態の準備にかかる時間や読み出しにかかる時間を考慮し、その上でこのセンシングスキームが古典センサーの性能を上回ることを示した。この結果はNew Journal of Physics誌で出版された。3本目は実験の論文で、ダイヤモンド中のNV中心の相互作用強度を制御するという内容である。ダイヤモンドNV中心は量子センサーとしてその有用性が認識されているが、生成過程の性質上相互作用の強さを思い通りに調節したサンプルを用意することは極めて難しい。今回我々は、異なる量子化軸をもった相互作用するNV中心のペアについて、一つのNV中心にだけ共鳴するマイクロ波を印加することによって、マイクロ波強度に応じて実効的な相互作用の強さを変化させることができることを実演した。

今年度は、共著論文が2本出版され、ほか1本の投稿が済んだ。1本目は、量子系の時間発展を用いて量子センシングに有用な状態（猫状態）を作り出し、磁場センサーとして高い感度を出すという内容である。通常、センシングに有用なエンタングル状態を作るには量子ビット同士の相互作用の細やかな制御や複雑なゲート操作が必要となるが、本スキームでは、1次元スピン鎖の端のスピンの読み出しを最初に行うだけで、その影響が次々と隣のスピンへ伝搬し、その結果猫状態が作られる。さらに、そのままその猫状態を測定したい外部磁場に一定時間さらして時間発展をさらに続け、最後に改めて端のスピンに読み出しを行うと、高感度センシングができるというものである。この結果はPhysical Review A誌で出版された。2本目は、上記と同じく猫状態を生成して磁場センサーとして高い感度を出すという内容であるが、重要なのは断熱操作を使うことで、量子センサーとして特に優秀なGHZ状態を簡単に作り出すという点である。これもまた、相互作用の細やかな制御等を必要としない。我々はさらに、初期状態の準備にかかる時間や読み出しにかかる時間を考慮し、その上でこのセンシングスキームが古典センサーの性能を上回ることを示した。この結果はNew Journal of Physics誌で出版された。3本目は実験の論文で、ダイヤモンド中のNV中心の相互作用強度を制御するという内容である。ダイヤモンドNV中心は量子センサーとしてその有用性が認識されているが、生成過程の性質上相互作用の強さを思い通りに調節したサンプルを用意することは極めて難しい。今回我々は、異なる量子化軸をもった相互作用するNV中心のペアについて、一つのNV中心にだけ共鳴するマイクロ波を印加することによって、マイクロ波強度に応じて実効的な相互作用の強さを変化させることができることを実演した。