齊藤志郎1 上田正仁2 田中弘隆1 仙場浩一1
1量子電子物性研究部 2東京工業大学/NTTリサーチプロフェッサ
近年、固体物理の分野において量子状態の制御が重要になっている。特に量子2準位系のコヒーレント制御は、量子情報・量子コンピューティングの観点から注目を集めている。現在実現されている量子2準位系の中で、超伝導磁束量子ビットは集積化と長いコヒーレンス時間を両立できる素子として有望である。磁束量子ビットにおいては、これまでに、多光子吸収による2状態間の遷移が観測されている[1]。本研究では、異なる周波数を持つ2種類のマイクロ波(MW1、MW2)を用いて、量子ビットをパラメトリックに制御することに成功した。すなわち、我々は、2種類の周波数(fMW1, fMW2)の和あるいは差が量子ビットのラーモア周波数fqbに一致する条件で、2光子ラビ振動の観測に成功した。
超伝導磁束量子ビットは、3つのジョセフソン接合を含む超伝導(アルミニウム)ループから構成され(図１)、ループを流れる右回り|e>と左回り|g>の超伝導電流が、量子ビットの2状態に対応する。量子ビットの読み出しは、外側のdc-SQUIDを用いて行う。まず2種類の周波数(fMW1=11.1GHz, fMW2=18.5GHz)を含むパルス長tpのマイクロ波パルスを量子ビット(fｑｂ=7.4GHz)へ照射し、量子ビットの状態を準備する。その後、dc-SQUIDにパルス電流を印加し、SQUIDが電圧状態へスイッチするか否かを測定する。この測定を繰り返し、得られたスイッチング確率Pswは、量子ビットを|e>に見出す確率と比例する。図２(b)の挿入図は、このときの量子ビットのエネルギー準位とマイクロ波周波数の関係を模式的に表している。図２(a)は、MW2の強度VMW2を50.1mVに固定し、MW1の強度VMW1を変化した時のPswの振動(ラビ振動)を表す。この振動を減衰振動でフィットすることによりラビ振動数WRabi/2pが得られる。様々なVMW1, VMW2でのWRabi/2p（図２(b)ドット）は、MW1, MW2を古典的な振動場として扱うモデルから得られたラビ振動数(図２(b)実線)と良く一致している。
パラメトリック制御を用いると、fqbよりも高い周波数を持つマイクロ波での量子ビット制御が可能となり、fqb以下の周波数を持つノイズをハイパスフィルターによりマイクロ波ラインからカットすることが出来る。このフィルターにより量子ビットのコヒーレンス向上が期待される。
[1] S. Saito, et al., Phys. Rev. Lett. 93 (2004) 037001.
[2] S. Saito, et al., Phys. Rev. Lett. 96 (2006) 107001.
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