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同位体超格子構造を有する半導体結晶を用いた固体NMR量子計算機

国内特許コード P110002997
整理番号 A111P36
掲載日 2011年6月10日
出願番号 特願2002-127092
公開番号 特開2003-324192
登録番号 特許第4320382号
出願日 平成14年4月26日(2002.4.26)
公開日 平成15年11月14日(2003.11.14)
登録日 平成21年6月12日(2009.6.12)
発明者
  • 清水 禎
  • 後藤 敦
  • 端 健二郎
  • 北澤 英明
出願人
  • 独立行政法人科学技術振興機構
  • 独立行政法人物質・材料研究機構
発明の名称 同位体超格子構造を有する半導体結晶を用いた固体NMR量子計算機
発明の概要 (57)【要約】【課題】 量子もつれ状態、初期化、及び、多量子ビット化の課題を解決した、新しい動作原理に基づく、また、実証された技術のみで構築できる多量子ビット固体量子計算機を提供する。【解決手段】 同一の同位体元素から構成されるセン亜鉛鉱結晶構造(111)面である、A( 111Cd)面、B( 113Cd)面、C( 123Te)面、及び、D( 12↑5Te)面を超格子積層周期として構成されるCdTe同位体超格子半導体結晶を4量子ビットに用いる。4種類の同位体元素が、各々異なった磁気回転比を有しており、これらの4核種は十分に離れたNMR周波数を有するので、4量子ビットの量子計算機が構築できる。CdとTeの共有結合に基づくJ結合が支配的であり、良好な量子もつれ状態が実現され、また、円偏光照射によって初期化を行えると共に量子純粋状態を形成できる。
従来技術、競合技術の概要
現在までのところ、溶液NMRで5から7量子ビットの量子計算機が実現されているが(Phys.Rev.Lett.85(2000)5452、及び、Nature 414(2001)883)、専門家の間では溶液NMRでは10量子ビット程度が限界であろうと推測されている(例えば、数理科学424(1998)43、数理科学195(2001)56)。
量子計算機の当面の目標値は量子現象のシミュレーションに役立つ数十量子ビットないし、それ以上にあるので、近い将来、固体を用いた多量子ビット量子計算機の開発が中心的課題になると予想される。現在のところ、固体ではまだ2量子ビットすら実現されていないが、固体量子計算機開発のための課題抽出は既に始まっており、必要とされる要素技術のための方法論の検討作業と基礎実験が進められている。
【0003】
量子計算機を実現するために原理的に最も重要な課題は、第一に量子ビット間の良好な「量子もつれ状態」を形成できること、第二に各量子ビットを「初期化」できること、第三には量子ビット数を増大できることである。これらの技術的課題を克服した多量子ビット固体量子計算機を実現するには、既存のNMR技術だけでは原理的に不十分であることが自明であり、新規技術開発が不可欠である。本発明はこれらの課題を解決するものである。
産業上の利用分野
この発明は、新規の動作原理に基づく多量子ビット固体量子計算機に関する。
特許請求の範囲 【請求項1】 少なくとも、単一の同位体から成る面を同位体を異ならせて複数積層した積層単位を超格子積層単位とした同位体超格子構造を有する半導体結晶と、レーザー光源と、NMR装置とを有し、
上記同位体超格子構造を有する半導体結晶が、同位体111Cd、113Cd、123Te、及び、125Teを構成元素とするセン亜鉛鉱結晶構造を有し、上記セン亜鉛鉱結晶構造の各々の(111)面が上記同位体のいずれか1つの同位体元素から構成され、かつ、上記4種類の同位体の(111)面の積層周期を超格子積層周期として構成されるCdTe同位体超格子半導体結晶であることを特徴とする、同位体超格子構造を有する半導体結晶を用いた固体NMR量子計算機。
【請求項2】 前記CdTe同位体超格子半導体結晶の<100>方向に磁場を印加してNMRを行うことを特徴とする、請求項に記載の同位体超格子構造を有する半導体結晶を用いた固体NMR量子計算機。
産業区分
  • 固体素子
  • 演算制御装置
国際特許分類(IPC)
出願権利状態 権利存続中
参考情報 (研究プロジェクト等) CREST 電子・光子等の機能制御 領域
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