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小松原 彰*; 寺地 徳之*; 堀 匡寛*; 熊谷 国憲*; 田村 崇人*; 大島 武; 小野田 忍; 山本 卓; Muller, C.*; Naydenov, B.*; et al.
no journal, ,
ダイヤモンド中に発光中心を作製することで、量子計算及び量子通信などに応用することができる。本研究では、ダイヤモンドへシリコン(Si)イオンを格子状に照射することで、シリコン-空孔(Si-V)センターを作製し、SiVセンターの生成収率と位置精度の制御性について検討した。生成収率の測定のため、格子状に照射したSiイオンの数を各格子点あたり、2から1000個で変化させた。共焦点顕微鏡を用いて、SiVセンターの水平方向及び深さ方向の空間分布を測定した。観察の結果、SiVが規則的に格子状に生成されていることがわかった。しかし、1格子点あたり100個の場合、明瞭な格子状パターンを観測することができなかったことから、生成収率が1%以下であることが推定された。
小野田 忍; 阿部 浩之; 山本 卓; 大島 武; 谷口 尚*; 寺地 徳之*; Siyushev, P.*; Tran, T. H.*; Yang, S.*; Fedder, H.*; et al.
no journal, ,
ダイヤモンド中の欠陥の一つであるNV(窒素-空孔)センターは、炭素を置換した窒素と隣接位置の空孔とのペアーであり、量子ビットや磁気センサーとしての応用が期待されている。NVセンターは、電子基底状態と励起状態が三重項状態となっている。縮退している励起準位は、低温(4K)になると二つに分裂することが知られている。それぞれの準位はそれぞれが三重項状態となっているため、6つの準位を持つ。励起準位の分裂の程度は、歪みが大きくなると大きくなり、1GPaの外部圧力によって10THzの分裂が起こる。逆にいえば、励起状態の各エネルギー差を測定することで、NVセンターを取り巻く歪みの大きさを検出することが可能となる。NVセンターは光吸収係数・蛍光量子効率が高く、単一のNVセンターでさえ検出が可能という特徴があることから、本研究では、個々のNVセンターが存在する場所の歪みを、高感度かつ高空間分解能で引き出すことに取り組んだ。その結果、他の方法では得られない感度,空間分解能で、残留歪みの大きさと分布、不純物分布を得ることに成功した。
山本 卓*; Muller, C.*; McGuinness, L.*; 寺地 徳之*; Naydenov, B.*; 小野田 忍; 大島 武; 小泉 聡*; Wrachtrup, J.*; 磯谷 順一*; et al.
no journal, ,
化学気相成長(CVD)法によって作製した高品質ダイヤモンドに、低エネルギーの窒素分子イオン注入によって窒素と欠陥を導入するとともに、炭素イオン照射によって欠陥を追加で導入した。その後、高温熱処理を施すことで、窒素-空孔(NV)量子ビットを作製した。本研究から、単一のNV量子ビットについては36%の高効率で、NV量子ビットのペアについては4%の効率で作製することに成功し、従来よりも高い収率を実現することができた。また、55kHzの磁気双極子結合強さや0.6msを超える長いコヒーレンス時間を有するNV量子ビットのペアを見いだすことができた。以上のように、本研究では、量子コンピュータへの応用に欠かせない長いコヒーレンス時間を持つ2量子ビット化を実現できた。
山本 卓*; Muller, C.*; McGuinness, L.*; 寺地 徳之*; Naydenov, B.*; 小野田 忍; 大島 武; 小泉 聡*; Wrachtrup, J.*; Jelezko, F.*; et al.
no journal, ,
ダイヤモンド中の負に帯電した窒素空孔欠陥(NV)の電子スピンは、初期化・操作・読み出しを室温大気環境下で行なえるほぼ唯一の固体量子ビットである。量子コンピュータ実現のためには、多量子ビット化が重要である。2つのNVスピン間の磁気的結合や量子もつれが観測されているが、ゲート操作時間に比べて短いスピンコヒーレンス時間のために忠実度の高い量子もつれ生成の実証には至っていない。最近、我々は高純度
C濃縮結晶を用いて窒素イオン照射で生成したNVにおいて最長のコヒーレンス時間(2ms)を達成した。本研究では、得られたコヒーレンス時間の長いNVを用い、ナノスケールの距離に隔てられた2つのNV量子ビット間の磁気的結合に取り組んだ。二重電子電子共鳴測定とスピンエコー測定を行うことで、作製した2量子ビットを用いて99.9%以上の高い忠実度のスピン操作できる可能性を示した。
山本 卓*; Muller, C.*; McGuinness, L.*; 寺地 徳之*; Naydenov, B.*; 小野田 忍; 大島 武; 小泉 聡*; Wrachtrup, J.*; Jelezko, F.*; et al.
no journal, ,
量子ビットへの応用が期待されるダイヤモンド中の窒素-空孔欠陥(NV)センターの効率的な形成技術の確立を目指し、窒素分子(N
)イオンと炭素(C)イオンの共注入を試みた。試料にはCを99.998%濃縮したガスを原料に化学気相法で作製した高品質・高純度ダイヤモンドを用い、20keVのエネルギーで
N分子イオン及びCイオンを室温で注入した。注入後に真空中で1000
C、2時間の熱処理を行った。共焦点顕微鏡を用いた光検出磁気共鳴(ODMR)評価を行いNVセンターの生成効率を評価したところ、NイオンとCイオンの共注入を行った試料は36%、比較のため作製したNイオン注入のみの試料は20%となり、共注入を行うことで生成効率が向上することが明らかとなった。また、量子ビット応用に重要となるスピン緩和時間を見積もったところ、両試料とも約0.8msであり、従来報告されている表面付近に存在するNVのスピン緩和時間に比べ長いことから、良質なNVが形成できていることも確認された。