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東大と理研、マイクロ波光子1つの輻射圧によって音波の制御を可能とする共振器オプトメカニクスを実現

発表日:2020年3月17日

たった1つの光子が持つ圧力によって制御された音波の実現

~振動の量子制御の課題克服へ一歩前進~

1.発表者:

野口 篤史(東京大学 大学院総合文化研究科広域科学専攻 准教授)

中村 泰信(東京大学 先端科学技術研究センター量子情報物理工学分野 教授/理化学研究所 創発物性科学研究センター チームリーダー)

2.発表のポイント:

◆電磁波の輻射圧が極めて小さいことが量子制御の課題だが、超伝導回路に蓄えられた電磁波に巨大な輻射圧(注1)を持たせることに成功した。

◆たった1つの光子の輻射圧で、物体表面に局在化した音波に十分に大きな影響を与えることができた。

◆音波の量子状態制御や、それを利用した量子エレクトロニクス技術の発展につながり、量子コンピューティングや量子ネットワーク構築に必要な量子技術としての応用が期待される。

3.発表概要:

光をはじめとする電磁波は輻射圧を持っており、物体によって反射されるとき、その物体に運動量を与えることが知られています。しかしながら、伝搬する電磁波が持つ輻射圧は極めて小さく、その影響をより強く物体に及ぼしたい場合には共振器に電磁波を蓄えることで輻射圧を増強します。このように増強された輻射圧によって物体の運動を制御する技術を共振器オプトメカニクスと呼びます。

これまでの共振器オプトメカニクスの研究では、たとえ共振器によって電磁波を増強しても、光の粒子としての光子1つの輻射圧があまりに小さいため、強い電磁波を入射し多数の光子を用いることによって物体の運動を制御してきました。今回、東京大学 大学院総合文化研究科の野口 篤史 准教授、同大学先端科学技術研究センターの中村 泰信 教授(理化学研究所 創発物性科学研究センター・チームリーダー)らの研究グループは、超伝導回路の特性を利用することで、超伝導共振器に蓄えられた電磁波(マイクロ波)に巨大な輻射圧を持たせることに成功しました。これにより、マイクロ波光子1つの輻射圧によって音波の制御を可能とする新たな共振器オプトメカニクスを実現しました。この技術と超伝導量子回路によるマイクロ波の量子制御技術を組み合わせることで、音波やその他の物理系の量子制御が可能になり、量子メモリや量子中継器といった、量子コンピューティングや量子ネットワーク構築に必要な量子技術への応用が可能になると期待されます。

本研究は、科学技術振興機構(JST)戦略的創造研究推進事業 個人型研究(さきがけ)「量子の状態制御と機能化(研究総括:伊藤 公平)」の研究課題「表面弾性波を使ったエレクトロメカニクスの量子制御(研究者:野口 篤史)」および総括実施型研究(ERATO)「中村巨視的量子機械プロジェクト」(研究総括:中村 泰信、JPMJER1601)、日本学術振興会(JSPS)科学研究費補助金(26220601)による支援を受けて行われました。

本成果は、2020年3月17日(日本時間19時)に「Nature Communications」オンライン版に掲載される予定です。

※以下は添付リリースを参照

リリース本文中の「関連資料」は、こちらのURLからご覧ください。

添付リリース

https://release.nikkei.co.jp/attach_file/0530964_01.pdf

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