研究課題別中間評価結果

1.研究課題名
量子相関機能のダイナミクス制御
2.研究代表者
研究代表者 青柳 克信 東京工業大学 大学院総合理工学研究科 教授
3.研究概要
 量子状態の相関(量子相関機能)を利用することにより量子コンピューテングデバイス(量子ビット・量子ゲート)など新しいデバイス実現に必要な新物性を探索し、機能を実証することを目的とする。これまでいろいろな手法(リソグラフィー、走査プローブ、結晶成長、電子ビーム励起)および材料(GaAs、 GaN、 金属、カーボンナノチューブ)で超微細・高品質量子ドットを形成する技術を開発し、世界に先駆けてナノチューブ2重結合量子ドットや量子ドット内のコヒーレントな励起子を実現できた。また、超微小化により室温動作も可能な量子ドット構造の形成も可能となっている。
4.中間評価結果
4−1.研究の進捗状況と今後の見込み
 本研究チームは、固体デバイスを用いた量子状態のコヒーレント制御に関する研究が量子コンピューティングデバイスへの応用を目指して最近急激に研究が立ち上がりつつある中、主としてハードの立場から多様な材料に目くばりをし、其の中でベストの方向を見出そうとしている点に特徴がある。構造・機能制御G(主として理研)、デバイス・回路設計G(主として北大)、構造制御G(東工大)、多重化構造作製G(NTT物性基礎研)、超微細構造作製G(産総研)の5グループで展開され、国際的水準から見て極めて高いレベルの研究成果を出している。
 量子コンピュータデバイスの研究が量子ドットと単一電子トランジスタによるものと、量子波回路を中心とするものと二つの方向になっているが、残された研究期間が2年間程度である事を考慮すると一方に集中すべきと考えられる。また1グループ内でも複数のサブ・グループがあり研究目標が分散している嫌いがあり、予算の細分化と研究方向の重点化に問題を生じないか危惧される。今後2年間に目標達成の可能性の少ないサブ・グループの研究をいかにするか研究代表者として決断すべき時期に来ている。
4−2.研究成果の現状と今後の見込み
 カーボンナノチューブによる単一量子ドット、結合ドットのクーロンダイヤモンドの確認、外部電磁波による結合状態制御の理論的展開による制御NOTの可能性の予測、GaNによる単一電子トランジスタの実現、量子デイスク構造でのエキシトンのラビ振動の観察、シリコン量子構造における負性微分コンダクタンスの観測、AB効果のパーマロイによる磁場増強の確認等世界をリードする成果が得られている。固体量子コンピュータ実現の第一歩であるラビ振動の観測に成功したことは科学的に極めて価値の高い成果であり、半導体量子ドットで量子ゲート動作を実証した事は応用面でも大きなインパクトを与えた。更にカーボンナノチューブによる量子ドットの作成、結晶成長技術を用いた多重量子ドット構造の作成、GaNナノピラーの作成、カーボンナノチューブカンチレバーによる微細加工技術の確立は技術的に見てもインパクトが大きい。カーボンナノチューブの利用、単一量子ドット、結合ドットの形成技術の改善と微細加工技術への応用、ワイドギャップの特徴を利用したGaN量子ドット、InGaAs量子ドットによるq-bitの実現、これを結合量子ドットへ展開し2 q-bit実現等が見込まれる。
4−3.総合的評価
 カーボンナノチューブによる2重結合量子ドットの形成、量子ドット中のエキシトンによるラビ振動の観測、カーボンナノチューブ単一電子トランジスタによる室温でのクーロンダイヤモンドの観測、結晶成長技術を用いた多重量子ドット構造の作成等既に国際的レベルにおいても極めて高い成果が得られており、更にAnti-Dotを用いた電子スピンを利用する量子ドット等新しい展開もあって極めて優れた成果が出ている。なかんずく半導体量子ドットでの量子ゲートの実証のインパクトは大きく今後の制御NOTゲートの実証が大いに期待される。
 しかしながら残り2年間の研究期間で最も効果的な研究を行なうには如何にすべきか、研究体制の見直しとチーム全体としての研究の戦略性について現時点で検討が行なわれるべきである。
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