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量子情報物理工学分野  中村・宇佐見研究室

量子計算機・量子情報ネットワークの実現に向けて 固体中の集団励起モードを単一量子レベルで制御する

ミリメートルの世界の量子力学を制御する

量子力学は現代物理学の最も基本的な理論のひとつで、ミクロの世界からマクロの世界まであらゆる領域で成り立っていると考えられています。その一方で、私たちの日常生活において、量子力学の基本原理である状態の重ね合わせを目にすることはありません。しかしながら、近年、きちんと制御された物理系を用意すれば、原子のようなミクロな世界だけではなく、ミリメートルサイズの素子においても量子重ね合わせ状態を実現することが可能であることが示され、それを用いた新しい情報処理技術への期待が高まっています。私たちは超伝導回路中の電気的励起、強磁性体中のスピン励起、結晶中のフォノン励起などを対象として、固体中の集団励起モードの量 子状態制御と量子情報科学への応用を目指した研究を行っています。

光とマイクロ波の信号の間で量子状態を受け渡す

超伝導回路上で実現する超伝導量子ビットは、極低温環境下でマイクロ波の光子と相互作用しながら情報処理を行います。一方、遠距離間の量子情報伝送に用いられる光ファイバー通信では、赤外線の光子が用いられます。マイクロ波と赤外線では一光子あたりのエネルギーが4桁も異なるため、その間で量子状態を受け渡すことは容易ではありません。私たちは、上で述べたような固体中の集団励起の量子を媒介として両者を結ぶインターフェイスを実現し、量子情報ネットワークを構築するとともに、量子計算機へ向けた回路技術を確立し、量子情報科学の枠組みを広げることを目指しています。

超伝導空洞共振器と超伝導量子ビット素子(1cmと比較)
超伝導空洞共振器と超伝導量子ビット素子
単一マグノン制御のための強磁性体単結晶球(0.2mmと比較)
単一マグノン制御のための強磁性体単結晶球
単一フォノン制御のための薄膜振動素子(0.1mmと比較)
単一フォノン制御のための薄膜振動素子

メンバー

  • 中村 泰信 教授
  • 専門分野:量子情報科学、物性科学、超伝導
  • 宇佐見 康二 准教授
  • 専門分野:量子光学
助教     田渕 豊
助教     不破 麻里亜
<2019年5月現在>

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