量子機能システム研究グループ

主宰者

主宰者名 樽茶 清悟 Seigo Tarucha
学位 工学博士
役職 グループディレクター
略歴
1978日本電信電話公社(武蔵野電気通信研究所基礎研究部)(現NTT基礎研究所)入社
1985基礎研究部 研究調査員(現主任研究員)
1986マックスプランク固体研究所(独) 客員研究員
1989基礎研究所 主幹研究員
1990基礎研究所 研究グループリーダ
1994基礎研究所 研究グループリーダ兼特別研究員
1995デルフト工科大学(蘭)客員教授
1998東京大学大学院理学系研究科物理学専攻 教授
2004同 工学系研究科物理工学専攻 教授
2012CNRS ネール研究所、 ジョセフ-フーリエ大(仏) 招聘教授
2013理化学研究所 創発物性科学研究センター 量子情報エレクトロニクス部門 部門長
2013同 量子機能システム研究グループ グループディレクター (現職)
2018同 創発物性科学研究センター 副センター長 (現職)

研究室概要

固体中の量子状態の制御を原理とする量子情報処理の技術と物理の研究を行なっている。量子情報処理は、エネルギー損失を抑え、安全性を確保できる理想的な情報技術である。当研究室では、その有効性を量子ドット中のスピンの量子コヒーレンスと量子もつれの操作、トポロジカル操作、光-スピン変換などの概念に基づいて検証し、応用の道筋を付けることを目指す。具体的には、ゲート型論理演算で構成される「量子コンピューティング」、量子中継を可能にする「量子インターフェース」、量子制御に適した「量子デバイス」、新原理の量子情報に向けた「トポロジカル制御」を課題として、量子回路、量子デバイスの開発、及び、量子もつれ、量子ダイナミクス、トポロジカル粒子などの物理を探求している。

研究分野

物理学、工学

キーワード

量子計算
量子シミュレーション
光子-スピンインターフェース
スピン制御
量子ドット
トポロジカル粒子

研究紹介

シリコン量子ドットで超高忠実度量子ビットを実現

次世代のコンピュータの候補として、新しい動作原理に基づく量子コンピュータの研究が世界的に活発化してきている。その情報を担う最小単位を量子ビットと呼び、量子コンピュータの実用化には高性能な量子ビットを大量に並べる必要がある。シリコン量子ドットを用いて高性能な量子ビットを実現できれば、集積の際にエレクトロニクス技術が応用できると期待されている。

量子ビットを高性能化するには、トレードオフの関係にある情報保持時間と演算速度の両立が鍵となる。本研究では、情報保持時間を改善するため核スピンをもつ同位体を排除したシリコン基板上に量子ドット(図A)を作製し、演算速度向上のため磁場勾配を付与する微小磁石を近傍に配置した。これにより通常の約10倍の量子情報保持時間と約100倍の演算速度を同一試料で実現し、量子情報を保持したままの量子ビット操作(図B)が可能となった。その演算忠実度(精度)は99.9%と、量子コンピュータに必要とされる水準を達成した。

本成果は、産業集積化に適していると考えられるシリコン量子ドットで超高忠実度な量子ビット実装法を確立するもので、今後のシリコン量子コンピュータ開発の加速が見込まれる。

 

(図A) 用いた量子ドット量子ビット試料の概念図
(図B) 超高忠実度スピン回転操作により生じるシェブロン模様

メンバー一覧

樽茶 清悟 Seigo Tarucha

グループディレクター tarucha[at]riken.jp R

中島 峻 Takashi Nakajima

研究員

小林 嵩 Takashi Kobayashi

研究員

武田 健太 Kenta Takeda

研究員

野入 亮人 Akito Noiri

特別研究員

Sen Li

特別研究員

Chien-Yuan Chang

特別研究員

松尾 貞茂 Sadashige Matsuo

基礎科学特別研究員

大塚 朋廣 Tomohiro Otsuka

客員研究員

溝口 来成 Raisei Mizokuchi

客員研究員

Michael Desmond Fraser

研究員

Yago Baltasar Del Valle Inclan Redondo

訪問研究員

伊藤 匠 Takumi Ito

訪問研究員

Hima Annapoorna Kavuri

テクニカルスタッフI

Marian Nicola Joachim Marx

リサーチアソシエイト

Juan Sebastian Rojas Arias

リサーチアソシエイト

小嶋 洋平 Yohei Kojima

研修生

佐藤 洋介 Yosuke Sato

研修生

横澤 峻元 Takamoto Yokosawa

研修生

武重 有祐 Yuusuke Takeshige

研修生

田中 未羽子 Miuko Tanaka

研修生

上田 健人 Kento Ueda

研修生

上原 義裕 Yoshihiro Uehara

研修生

田所 雅大 Masahiro Tadokoro

研修生

研究紹介記事