量子ドットアレイ・スピンインターフェース
量子ドットアレイのグループでは、量子ドットを一次元や二次元に配置した構造において、電子やスピン状態に働く相互作用を観測し、制御するための基盤技術の確立に取り組んでいます。この研究の目標は、スピン状態をアレイ内でコヒーレントに輸送・操作するための技術を開発することです。量子ドットアレイ内では、電子を移動させながら状態を保つ「スピンのシャトリング」や、複数のスピンを相互作用させる「多スピン制御」など、新しい量子状態の形成・観測・応用が可能です。これにより、誤り耐性型の量子計算構造や量子中継といった次世代量子技術に欠かせない「中距離量子インターコネクト」の開発にもつながります。
スピンシャトリング：
量子状態を保持しながら電子を量子ドット間で輸送
量子状態を保持しながら電子を量子ドット間で輸送
電子1個のスピン状態を壊さずに、隣接する量子ドットや遠隔の量子ドットに移動させる技術です。この技術により、量子ビットをチップ内の異なる場所に運び、演算処理や状態測定を円滑に制御することが可能となり、並列化や大規模化が実現できます。スピンコヒーレンスを輸送中に保つためには、微細な電極の構造設計や環境由来の電場・磁場勾配の影響を調査する必要があります。
多スピン状態の生成と観測：
量子ドットアレイ内の相互作用を制御して新しい量子状態を観測
量子ドットアレイ内の相互作用を制御して新しい量子状態を観測
複数の電荷あるいはスピンを配置した量子ドットアレイでは、粒子同士が相互作用し、複雑な量子もつれ状態を形成します。これらの状態を自在に設計・制御することで、単一粒子では見られない分子的構造の機能を引き出したり、特有の巨視的な量子状態のダイナミクスを研究することができます。そのためには、状態の生成と読み出しの両方に新らな技術が求められます。
高精度なスピン測定・制御技術の開発：
ノイズに敏感な量子状態の観測を材料に依存せず可能にする工夫
ノイズに敏感な量子状態の観測を材料に依存せず可能にする工夫
スピン状態のコヒーレントな制御や読み出しは、環境ノイズの影響を強く受けるため、情報が失われる前に操作し、信号を検出することが重要です。半導体内での相互作用が不利に働くことが多い中、量子ドットアレイの量子準位を工夫し、マイクロ波スピン制御技術と組み合わせることで、電子スピンのコヒーレンス時間内の高速制御を実現します。また、環境に対応した補正量を検出する手法を開発し、実験精度の向上と技術の適用範囲の拡大を目指しています。