ノイズ存在下における量子情報処理の基礎付けと応用

噪声存在下量子信息处理的基础和应用

• 批准号: 22KJ3175
• 负责人: 龍田 真美子
• 金额: $ 2.58万
• 依托单位: Chuo University (2023)National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (2020-2022)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-06-29 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ3175/
• 关键词: 量子センシング; 猫状態; エンタングルメント; ダイヤモンドNV中心; 量子センサー; 断熱操作

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。

This year, が, 2 papers were co-authored and published され, and 1 ほ んだ was submitted to が and んだ. 1 this item は, quantum の time 発 exhibition を い て quantum セ ン シ ン グ に useful な state (cat) セ を り out し, magnetic field ン サ ー と し て い high sensitivity を out す と い う content で あ る. Usually, セ ン シ ン グ に useful な エ ン タ ン グ ル state を as る に は quantum ビ ッ ト interaction with people の の fine や か な suppression や complex 雑 な ゲ ー ト が necessary operation と な る が, this ス キ ー ム で は, 1 yuan ス ピ ン lock の end の ス ピ ン の 読 み out し を first line に う だ け で, そ の influence が times 々 と 隣 の ス ピ ン へ 伝 move し, そ の results cat The state が is written as られる. さ ら に, そ の ま ま そ の cat state を determination し た に い external magnetic field in a certain time さ ら し て time 発 exhibition を さ ら に 続 け change, finally に め て end の ス ピ ン に 読 み out し を line う と, Gao Gan セ ン シ ン グ が で き る と い う も の で あ る. The results are Physical Review A journal で published された. 2 this item は, written と with じ く cat state を generated し て magnetic セ ン サ ー と し て い high sensitivity を out す と い う content で あ る が, important な の は broken hot operation を う こ と で, quantum セ ン サ ー と し て に especially excellent な GHZ state を Jane 単 に as り out す と い う point で あ る. <s:1> れ また, interaction や な な control, etc. を necessary と と な な また. I 々 は さ ら に, initial state の preparing に か か る time や 読 み out し に か か る time を consider し, そ の on で こ の セ ン シ ン グ ス キ ー ム が classical セ ン サ ー の performance を last る こ と を shown し た. <s:1> the results are published in the New Journal of Physics で された. The content of the である control of the <s:1> NV center <s:1> interaction intensity を in the で and ダ ヤモ ヤモ ヤモ ド ド of the three experimental papers of this subject である. ダ イ ヤ モ ン ド NV center は quantum セ ン サ ー と し て そ の usefulness が know さ れ て い る が process, generate strong interaction の の nature さ を think い tong り に adjust し た サ ン プ ル を intention す る こ と は extremely め て difficult し い. Today to my 々 は, different な る quantization shaft を も っ た interaction す る NV center の ペ ア に つ い て, a つ の NV center に だ け resonance す る マ イ ク ロ wave を Inca す る こ と に よ っ て, マ イ ク ロ wave intensity に 応 じ て be strong interaction な の さ sharper を variations change さ せ る こ と が で き る こ と を be play し た.

项目成果

Quantum metrology based on symmetry-protected adiabatic transformation: imperfection, finite time duration, and dephasing

• DOI: 10.1088/1367-2630/ac5375
• 发表时间: 2021-04
• 期刊: New Journal of Physics
• 影响因子: 3.3
• 作者: Takuya Hatomura;Atsuki Yoshinaga;Y. Matsuzaki;Mamiko Tatsuta

Dressed-state control of effective dipolar interaction between strongly-coupled solid-state spins

强耦合固态自旋之间有效偶极相互作用的修饰态控制

• 发表时间: 2022
• 期刊: arXiv
• 作者: Junghyun Lee;Mamiko Tatsuta;Andrew Xu;Erik Bauch;Mark J. H. Ku;and Ronald. L. Walsworth
• 通讯作者: and Ronald. L. Walsworth

Massachusetts Institute of Technolog/Harvard University(米国)

麻省理工学院/哈佛大学（美国）

Entanglement-enhanced sensing using a chain of qubits with always-on nearest-neighbor interactions

使用具有始终在线的最近邻相互作用的量子位链进行纠缠增强传感

• DOI: 10.1103/physreva.103.062602
• 发表时间: 2021
• 期刊: Physical Review A
• 影响因子: 2.9
• 作者: Yoshinaga Atsuki;Tatsuta Mamiko;Matsuzaki Yuichiro
• 通讯作者: Matsuzaki Yuichiro

Entanglement-enhanced sensing with an always-on nearest-neighbor interaction between qubits

纠缠增强传感与量子位之间始终在线的最近邻相互作用

• 发表时间: 2021
• 期刊: arXiv
• 作者: 吉永敦紀;龍田真美子;松崎雄一郎
• 通讯作者: 松崎雄一郎