JP4824941B2 - Method for generating and detecting quantum entanglement state of electron spin pair - Google Patents
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Description
本発明は、量子計算、量子計算機、量子暗号通信等の量子状態を利用した計算及び通信の技術に係わり、特にトンネル障壁により結合された量子ドットを用いて、電子スピンに関する量子エンタングルメント状態の電子スピン対を生成する方法と、生成された電子スピン対の量子エンタングルメント状態を検出する方法とに関する。 The present invention relates to calculation and communication technologies using quantum states such as quantum computation, quantum computers, and quantum cryptography communication, and in particular, quantum entanglement state electrons related to electron spin using quantum dots coupled by a tunnel barrier. The present invention relates to a method for generating a spin pair and a method for detecting a quantum entanglement state of the generated electron spin pair.
トンネル障壁により結合された量子ドットに、スピンに関する量子エンタングルメント状態の電子対を生成する方法としては、非特許文献1に記載されているように、図15に示される量子エンタングルメント素子を利用したものがある。ここでは、離散的エネルギー準位を有する微小伝導領域を量子ドットと称するものとして説明する。同図の量子エンタングルメント素子は、量子ドット51と量子ドット52をトンネル障壁58によって結合し、量子ドット51と量子ドット53をトンネル障壁60によって結合し、電極54と量子ドット51をトンネル障壁57によって結合し、電極55と量子ドット52をトンネル障壁59によって結合し、電極56と量子ドット53をトンネル障壁61によって結合した構成である。
As described in Non-Patent
非特許文献1における量子エンタングルメント状態の生成方法は、このような素子を利用して、a)量子ドット51に2個の電子を注入することによって、この2個の電子により量子ドット51の1つの軌道にスピン一重項状態を形成し、b)この2個の電子のうち1個の電子を量子ドット52へトンネルさせ、c)量子ドット51中の残りの1個の電子を量子ドット53へトンネルさせることにより、量子ドット52の電子と量子ドット53の電子との間にスピン一重項状態の量子エンタングルメント状態を生成するものである。また、この分野の技術としては非特許文献2に記載のものが知られている。
しかしながら、上記の生成方法には2つの問題がある。1つは、スピン一重項の量子エンタングルメント状態しか生成することができないとういう点である。もう1つは、必ずしも量子エンタングルメント状態が生成されるわけではないため、量子エンタングルメント状態が生成されたことを検出する検出器が必要となるという点である。このため、前者の点に関しては量子エンタングルメント状態の利用効率が低いという問題があり、後者の点に関しては付加的な装置が更に必要になるという問題がある。 However, the above generation method has two problems. One is that only spin singlet quantum entanglement states can be generated. The other is that a quantum entanglement state is not necessarily generated, so that a detector for detecting the generation of the quantum entanglement state is required. For this reason, there is a problem that the use efficiency of the quantum entanglement state is low with respect to the former point, and there is a problem that an additional device is further required with respect to the latter point.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、その課題とするところは、利用効率が高い量子エンタングルメント状態の生成を可能にすることにある。 The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to enable generation of a quantum entanglement state with high utilization efficiency.
また、本発明の別の課題は、生成された量子エンタングルメント状態を簡易に検出可能にすることにある。 Another object of the present invention is to make it possible to easily detect the generated quantum entanglement state.
第1の本発明に係る量子エンタングルメント状態の生成方法は、第1量子ドットと第2量子ドットとに印加する制御電圧を、各々の量子ドットに電子が1個づつ占有する4種類のスピンの状態の方が片方の量子ドットに2個の電子が占有する状態よりもエネルギー的に安定する第1電圧に設定するステップと、第1電圧に設定するステップの後、第1量子ドットと第2量子ドットにそれぞれ1個づつ電子を注入するステップと、電子を注入するステップの後、前記制御電圧を、片方の量子ドットに2個の電子が占有する状態の方が各々の量子ドットに電子が1個づつ占有する状態よりもエネルギー的に安定する第2電圧に設定するステップと、第2電圧に設定するステップの後、前記制御電圧を第1電圧から第2電圧にしたことにより生じるエネルギー緩和の緩和時間に4種類のスピン状態でそれぞれ差が生じることに基いて規定される所定時間を第2電圧にしてから経過させた後、前記制御電圧を第1電圧に再設定するステップと、を有することを特徴とする。 In the quantum entanglement state generation method according to the first aspect of the present invention, a control voltage to be applied to the first quantum dot and the second quantum dot is applied to four types of spins in which one electron occupies each quantum dot. After the step of setting the first voltage, which is more stable in energy than the state where two electrons occupy one quantum dot in the state, and the step of setting the first voltage, the first quantum dot and the second After the step of injecting electrons one by one into each quantum dot and the step of injecting electrons, the control voltage is set so that two quantum electrons are occupied by one quantum dot. and setting the second voltage to energetically stable than a state of one by one occupied, after the step of setting the second voltage, caused by the control voltage from the first voltage to a second voltage After a predetermined time defined on the basis of the difference, respectively occurs is elapsed after the second voltage four spin relaxation time of energy relaxation, and re-setting the control voltage to the first voltage It is characterized by having.
本発明にあっては、第1,第2量子ドットに印加する制御電圧を第1電圧に設定してから各量子ドットに1個づつ電子を注入することにより、4種類のスピン状態のいずれかを生成させた後、制御電圧を第2電圧に設定する。そして、4種類のスピン状態でエネルギー緩和時間にそれぞれ差が生じることに着目し、この点に基いて規定される所定時間だけ経過させた後、制御電圧を第1電圧に再設定することで、所望の量子エンタングルメント状態の確実な生成を可能にする。 In the present invention, the control voltage applied to the first and second quantum dots is set to the first voltage, and then one electron is injected into each quantum dot, so that one of the four spin states is selected. Then, the control voltage is set to the second voltage. Then, paying attention to the difference in energy relaxation time in each of the four types of spin states, after passing a predetermined time defined based on this point, by resetting the control voltage to the first voltage, Enables reliable generation of the desired quantum entanglement state.
上記量子エンタングルメント状態の生成方法において、前記所定時間は、4種類のスピン状態のうち量子エンタングルメント状態にあるスピン三重項状態のスピンz成分が0のものについてのエネルギー緩和時間と同程度またはそれよりも短く、他の3種類のスピン状態についてのエネルギー緩和時間よりも長い時間であって、前記再設定するステップは、当該所定時間の経過後、エネルギー緩和の発生の有無を検出するステップと、エネルギー緩和の発生が無い場合に、前記制御電圧を第1電圧に設定するステップと、を有することを特徴とする。 In the quantum entanglement state generation method, the predetermined time is equal to or less than an energy relaxation time for a spin triplet state of zero in the quantum entanglement state among the four spin states. Is shorter than the energy relaxation time for the other three types of spin states, and the resetting step includes detecting the occurrence of energy relaxation after the predetermined time has elapsed, and A step of setting the control voltage to a first voltage when no energy relaxation occurs.
本発明にあっては、所定時間として、スピン三重項状態のスピンz成分が0の状態についてのエネルギー緩和時間と同程度またはそれよりも短く、他の3種類のスピン状態についてのエネルギー緩和時間よりも長い時間を設定し、この所定時間の経過後、エネルギー緩和の発生の有無を検出することで、エネルギー緩和の発生がない場合にはスピン三重項状態のスピンz成分が0のものが生成されていたことが検出され、エネルギー緩和の発生がある場合には他の3種類のスピン状態が生成されていたことが検出される。そして、エネルギー緩和の発生がない場合に制御電圧を第1電圧に設定することで、量子エンタングルメント状態を有するスピン三重項状態のスピンz成分が0の状態を確実に生成する。 In the present invention, the predetermined time is equal to or shorter than the energy relaxation time for the state where the spin z component in the spin triplet state is 0, and is shorter than the energy relaxation time for the other three types of spin states. If a long time is set, and after the elapse of the predetermined time, the presence or absence of energy relaxation is detected, and when there is no energy relaxation, a spin triplet state spin z component of zero is generated. If it is detected that energy relaxation has occurred, it is detected that the other three types of spin states have been generated. Then, by setting the control voltage to the first voltage when no energy relaxation occurs, a state in which the spin z component of the spin triplet state having the quantum entanglement state is zero is reliably generated.
上記量子エンタングルメント状態の生成方法において、前記所定時間は、4種類のスピン状態についての各エネルギー緩和時間のいずれよりも長い時間であることを特徴とする。 本発明にあっては、所定時間を4種類のスピン状態についての各エネルギー緩和時間のいずれよりも長い時間に設定することで、制御電圧を第2電圧に設定してから所定時間が経過した後に、一方の量子ドットに2個の電子が占有した一重項の基底状態が確実に生成されるようにし、その後に制御電圧を第1電圧に設定することで、量子エンタングルメント状態を有するスピン一重項状態を確実に生成する。 In the quantum entanglement state generation method, the predetermined time is longer than any of energy relaxation times for the four types of spin states. In the present invention, the predetermined time is set to a time longer than any of the energy relaxation times for the four types of spin states, so that the predetermined time elapses after the control voltage is set to the second voltage. By making sure that a singlet ground state occupied by two electrons in one quantum dot is generated and then setting the control voltage to the first voltage, a spin singlet having a quantum entanglement state Make sure the state is generated.
上記量子エンタングルメント状態の生成方法は、前記再設定のステップに代えて、エネルギー緩和の発生の有無を検出するステップと、エネルギー緩和の発生が有った場合に、前記制御電圧を第1電圧に設定するステップと、を有することを特徴とする。 In the quantum entanglement state generation method, in place of the resetting step, a step of detecting whether energy relaxation has occurred, and when the energy relaxation has occurred, the control voltage is set to the first voltage. And a step of setting.
本発明にあっては、前記の所定時間の経過後に制御電圧を第1電圧に再設定するステップに代えて、エネルギー緩和の発生の有無を検出することで、エネルギー緩和の発生があったときは一重項の基底状態が生成されたときであるので、この発生が検出された後に制御電圧を第1電圧に設定することで、量子エンタングルメント状態を有するスピン一重項状態を確実に生成する。 In the present invention, instead of the step of resetting the control voltage to the first voltage after the lapse of the predetermined time, when the occurrence of energy relaxation occurs by detecting the presence or absence of energy relaxation, Since the singlet ground state is generated, the spin singlet state having the quantum entanglement state is reliably generated by setting the control voltage to the first voltage after the occurrence is detected.
第2の本発明に係る量子エンタングルメント状態の生成方法は、第1量子ドットと第2量子ドットとに印加する制御電圧を、片方の量子ドットに2個の電子が占有する状態の方が各々の量子ドットに電子が1個づつ占有する状態よりもエネルギー的に安定する第2電圧に設定するステップと、第2電圧に設定するステップの後、片方の量子ドットに2個の電子を注入するステップと、電子を注入するステップの後、前記制御電圧を、各々の量子ドットに電子が1個づつ占有する状態の方が片方の量子ドットに2個の電子が占有する状態よりもエネルギー的に安定する第1電圧に設定するステップと、を有することを特徴とする。 In the quantum entanglement state generation method according to the second aspect of the present invention, the control voltage applied to the first quantum dot and the second quantum dot is in the state where two electrons occupy one quantum dot. After setting the second voltage that is more stable in terms of energy than the state in which one electron occupies each quantum dot and the step setting the second voltage, two electrons are injected into one quantum dot. After the step and the step of injecting electrons, the control voltage is energetically adjusted in a state where one electron occupies each quantum dot than in a state where two electrons occupy one quantum dot. And setting to a stable first voltage.
本発明にあっては、制御電圧を第2電圧に設定してから片方の量子ドットに2個の電子を注入することで、一重項の基底状態が確実に生成されるようにし、その後に制御電圧を第1電圧に設定することで、量子エンタングルメント状態を有するスピン一重項状態を確実に生成する。 In the present invention, by setting the control voltage to the second voltage and injecting two electrons into one quantum dot, the singlet ground state is reliably generated, and then the control is performed. By setting the voltage to the first voltage, a spin singlet state having a quantum entanglement state is reliably generated.
第3の本発明に係る量子エンタングルメント状態の検出方法は、第1量子ドットと第2量子ドットとに印加する制御電圧を、各々の量子ドットに電子が1個づつ占有する4種類のスピンの状態の方が片方の量子ドットに2個の電子が占有する状態よりもエネルギー的に安定する第1電圧に設定するステップと、第1電圧に設定するステップの後、第1量子ドットと第2量子ドットにそれぞれ1個づつ電子を注入するステップと、電子を注入するステップの後、前記制御電圧を、片方の量子ドットに2個の電子が占有する状態の方が各々の量子ドットに電子が1個づつ占有する状態よりもエネルギー的に安定する第2電圧に設定するステップと、第2電圧に設定するステップの後、前記制御電圧を第1電圧から第2電圧にしたことにより生じるエネルギー緩和の緩和時間を測定するステップと、緩和時間を測定するステップの後、測定された緩和時間と4種類のスピン状態についての既知のエネルギー緩和時間とを比較することにより量子エンタングルメント状態であることを検出するステップと、を有することを特徴とする。
In the quantum entanglement state detection method according to the third aspect of the present invention, a control voltage to be applied to the first quantum dot and the second quantum dot is applied to four types of spins in which each electron occupies one quantum dot. After the step of setting the first voltage, which is more stable in energy than the state where two electrons occupy one quantum dot in the state, and the step of setting the first voltage, the first quantum dot and the second After the step of injecting electrons one by one into each quantum dot and the step of injecting electrons, the control voltage is set so that two quantum electrons are occupied by one quantum dot. and setting the second voltage to energetically stable than a state of one by one occupied, after the step of setting the second voltage, caused by the control voltage from the first voltage to a second voltage Measuring the relaxation time of the energy relaxation, after the step of measuring the relaxation time, it is a quantum entangled state by comparing the known energy relaxation time for the spin state of the measured relaxation times and four Detecting.
本発明にあっては、第1,第2量子ドットに印加する制御電圧を第1電圧に設定して各量子ドットに1個づつ電子を注入することにより、4種類のスピン状態のいずれかを生成させてから、制御電圧を第2電圧に設定する。そして、このときに生じるエネルギー緩和の緩和時間を測定し、測定された緩和時間と既知の緩和時間とを比較することにより、量子エンタングルメント状態であることを検出する。このように、本発明は、エネルギー緩和時間が4種類のスピン状態によって異なることに着目することで、エネルギー緩和時間の測定という簡易な手法で量子エンタングルメント状態の検出を実現している。 In the present invention, by setting the control voltage applied to the first and second quantum dots to the first voltage and injecting one electron into each quantum dot, one of the four types of spin states can be obtained. After the generation, the control voltage is set to the second voltage. Then, the relaxation time of energy relaxation that occurs at this time is measured, and the measured relaxation time is compared with a known relaxation time to detect a quantum entanglement state. As described above, the present invention realizes the detection of the quantum entanglement state by a simple method of measuring the energy relaxation time by paying attention to the fact that the energy relaxation time varies depending on the four types of spin states.
上記量子エンタングルメント状態の検出方法において、前記測定するステップは、少なくとも片方の量子ドットの電荷を電荷計により検出し、第2電圧に設定してから電荷計の検出結果が変化するまでの時間を測定することを特徴とする。 In the quantum entanglement state detection method, the measuring step includes detecting a charge of at least one quantum dot with a charge meter, setting a second voltage, and changing a detection result of the charge meter. It is characterized by measuring.
本発明にあっては、エネルギー緩和には電荷の移動が伴うことに着目して、少なくとも片方の量子ドットの電荷を電荷計により検出し、エネルギー緩和時間として電荷計の検出結果が変化するまでの時間を測定することで、エネルギー緩和時間を確実かつ正確に測定する。 In the present invention, paying attention to the fact that energy relaxation involves charge movement, the charge of at least one quantum dot is detected by a charge meter, and the charge meter detection result changes as the energy relaxation time. By measuring the time, the energy relaxation time is measured reliably and accurately.
本発明の量子エンタングルメント状態の生成方法によれば、量子エンタングルメント状態を確実に生成でき、もって利用効率を向上させることができる。 According to the quantum entanglement state generation method of the present invention, the quantum entanglement state can be reliably generated, and the utilization efficiency can be improved.
また、本発明の量子エンタングルメント状態の検出方法によれば、生成された量子エンタングルメント状態を簡易に検出することができる。 Moreover, according to the quantum entanglement state detection method of the present invention, the generated quantum entanglement state can be easily detected.
[第1の実施の形態]
図1は、本実施形態における量子エンタングルメント状態の生成方法・検出方法で用いる量子エンタングルメント素子の構成の一例を示す模式図である。同図の素子は、量子ドット1(第1量子ドット)と量子ドット2(第2量子ドット)をトンネル障壁6によって結合し、電極3と量子ドット1をトンネル障壁5によって結合し、電極4と量子ドット2をトンネル障壁7によって結合した構成である。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating an example of a configuration of a quantum entanglement element used in a quantum entanglement state generation method / detection method according to the present embodiment. The element shown in FIG. 1 has quantum dots 1 (first quantum dots) and quantum dots 2 (second quantum dots) coupled by a
これら2つの量子ドット1,2に1個の電子を注入した場合、その1個の電子が量子ドット1を占有する状態と、量子ドット2を占有する状態を考えることができる。これら2つの状態の量子力学的な重ね合わせを量子情報メモリとして用いることができる。この重ね合わせの制御は、図示しない電極3,4の間にあるゲート電極にパルス状の電圧を印加することにより可能である。電極3,4とゲート電極との位置関係については図8を用いて後述する。
When one electron is injected into these two
量子ドット1,2にそれぞれ電子を1個づつ注入した場合、電子のスピン状態は4種類ある。図2は、これら4種類のスピン状態の関係を示す模式図である。同図に示すように、スピン状態には、スピン一重項状態(以下、「|11S>」と記す。11Sは左右の量子ドットに1個づつ電子が入ったSinglet状態を示す意味である)と、スピン三重項のうちスピンz成分が+1,0,−1の状態(それぞれ|11T+>,|11T0>,|11T->と記す。TはTripletの意味である)がある。この中で|11S>は、量子ドット1における電子スピンの向きと量子ドット2における電子スピンの向きが負の相関をもつ量子エンタングルメント状態にある。|11T0>もまた負の相関をもつ量子エンタングルメント状態にある。但し、|11T0>は|11S>とは位相が異なる状態である。一方、|11T+>と|11T->は、量子ドット1における電子スピンの向きと量子ドット2における電子スピンの向きが同じ状態であり、量子エンタングルメントの状態にはない。
When one electron is injected into each of the
通常、2個の量子ドットに1個づつ電子を注入すると、これらの4つの状態のうちのどの状態になるかは明確ではないため、4つの状態が入り混じった混合状態しか得ることができず、このような場合には量子エンタングルメントは全く存在しない。そこで、何らかの手法によって、量子エンタングルメントを生成し、検出する方法が必要となる。 Usually, when electrons are injected into two quantum dots one by one, it is not clear which of these four states will result, so only a mixed state in which the four states are mixed can be obtained. In such cases, there is no quantum entanglement. Therefore, a method for generating and detecting quantum entanglement by some method is required.
本実施形態の生成方法では、上記の4つのスピン状態の他に、5つめの状態として、いずれか片方の量子ドットにおける1つの軌道を2個の電子が占有するようなスピン一重項状態(|02S>もしくは|20S>と記す。02S,20Sは片方の量子ドットに2個の電子が入ったSinglet状態を示す意味である)を用いる。|02S>と|20S>のどちらを用いてもよいが、ここでは|02S>を5つ目の状態として説明する。 In the generation method of the present embodiment, in addition to the above four spin states, the fifth state is a spin singlet state in which two electrons occupy one orbit in any one quantum dot (| 02S> or | 20S>, where 02S and 20S indicate the singlet state in which two electrons are contained in one quantum dot. Either | 02S> or | 20S> may be used, but here, | 02S> is described as the fifth state.
一般に、量子ドット構造においては、スピン軌道相互作用と電子格子相互作用の性質があることが知られている。このスピン軌道相互作用は、異なる軌道を有しスピンz成分が1だけ異なる状態間で働くことから、上記の5つの状態の間でスピン軌道相互作用が働くのは、|11T+>と|02S>の間、および|11T->と|02S>の間のみである。また、電子格子相互作用は、スピンを保存する場合にエネルギー緩和を引き起こすため、|11S>と|02S>との間で顕著に起こる。さらに、スピン軌道相互作用と電子格子相互作用が共存する場合には、|11T+>と|02S>との間、および|11T->と|02S>の間でも低い頻度でエネルギー緩和が生じる。このような選択則が存在することは理論的にも知られている(非特許文献2参照)。本実施形態における生成方法は、この選択則を利用するものである。 In general, it is known that a quantum dot structure has properties of spin orbit interaction and electron lattice interaction. Since this spin-orbit interaction works between states having different orbits and the spin z component being different by one, the spin-orbit interaction works between the above five states | 11T +> and | 02S> And only between | 11T-> and | 02S>. In addition, the electron-lattice interaction causes energy relaxation when preserving spin, and thus occurs remarkably between | 11S> and | 02S>. Furthermore, when spin-orbit interaction and electron-lattice interaction coexist, energy relaxation occurs at a low frequency between | 11T +> and | 02S> and between | 11T-> and | 02S>. The existence of such a selection rule is also known theoretically (see Non-Patent Document 2). The generation method in the present embodiment uses this selection rule.
図示しない電極3,4の間にあるゲート電極に電圧を印加することによって、各々の量子ドット1,2のポテンシャルを変化させることができる。図3は、5つの状態のそれぞれについてエネルギーと電圧の関係を示すグラフである。同図の符号8,9,10,11,12,13は、それぞれ|11S>,|11T+>,|11T0>,|11T->,|20S>,|02S>の状態に対応している。ここでは、|20S>,|02S>と他の状態のエネルギーに関する相対的な位置関係が重要であるので、その代表的な制御電圧を第1電圧a,第2電圧b,b’とする。
By applying a voltage to the gate electrode between the
第1電圧aは、各々の量子ドットに電子が1個づつ占有する4種類のスピン状態(|11S>,|11T+>,|11T0>,|11T->)の方が片方の量子ドットに2個の電子が占有する状態(|20S>,|02S>)よりもエネルギー的に安定する電圧である。同図においては、第1電圧aでは|20S>,|02S>の状態の方が他の|11S>,|11T>の状態よりもエネルギーが高くなっている。 The first voltage a is 2 for one quantum dot in each of the four types of spin states (| 11S>, | 11T +>, | 11T0>, | 11T->) where one electron occupies each quantum dot. This is a voltage that is more stable in terms of energy than the state occupied by one electron (| 20S>, | 02S>). In the figure, at the first voltage a, the energy of | 20S>, | 02S> is higher than the other | 11S>, | 11T> states.
第2電圧b,b’は、片方の量子ドットに2個の電子が占有する状態の方が各々の量子ドットに電子が1個づつ占有する状態よりもエネルギー的に安定する電圧である。同図においては、第2電圧b,b’では|20S>,|02S>の状態が最もエネルギーの低い基底状態となっている。 The second voltages b and b 'are voltages that are more stable in terms of energy in a state where two electrons occupy one quantum dot than in a state where one electron occupies each quantum dot. In the figure, at the second voltages b and b ', the states of | 20S> and | 02S> are ground states with the lowest energy.
量子ドット中の電子は、量子ドットを構成する母体結晶の格子振動モード、すなわちフォノンとの電子格子相互作用により弱く結合している。さらに、量子ドットを構成する材料または構造に起因して、量子ドット中の電子の軌道と電子スピンとは、スピン軌道相互作用によって弱く結合している。これらの電子格子相互作用とスピン軌道相互作用は、量子ドットを構成する材料に天然的に存在するか、あるいは人工的な材料設計や構造設計によって得ることができる。 The electrons in the quantum dots are weakly coupled due to the lattice vibration mode of the host crystal constituting the quantum dots, that is, the electron lattice interaction with the phonons. Further, due to the material or structure constituting the quantum dot, the electron orbit and the electron spin in the quantum dot are weakly coupled by the spin orbit interaction. These electron lattice interaction and spin orbit interaction exist naturally in the material constituting the quantum dot, or can be obtained by artificial material design or structural design.
なお、状態|11T+>,|11T0>,|11T->は、零磁場では縮退しており、磁場を加えることによって分裂する。同図では、三重項状態がわずかに分裂しているように示している。また、状態|11S>と|20S>,|02S>とは量子ドット間のトンネル結合によって大きな反交差を起すため、その反交差についても図示している。 Note that the states | 11T +>, | 11T0>, and | 11T-> are degenerated in the zero magnetic field and are split by applying the magnetic field. In the figure, the triplet state is shown to be slightly split. In addition, since the state | 11S> and | 20S>, | 02S> cause a large anticrossing due to the tunnel coupling between the quantum dots, the anticrossing is also illustrated.
さて、上記の第1電圧aにおいて、量子ドット1,2にそれぞれ1個づつ電子を注入すると、|11S>,|11T+>,|11T0>,|11T->のいずれかの状態が形成される。ここで、制御電圧を第1電圧aから第2電圧bあるいはb’へ非断熱的に変化させると、それぞれの状態は、第2電圧b,b’においても当初は保持されるが、最終的には|02S>あるいは|20S>の基底状態にエネルギー緩和する。このときの緩和時間は、|11S>,|11T+>,|11T0>,|11T->のいずれの状態にあったかに依存する。
When one electron is injected into each of the
図4は、各スピン状態についてエネルギー緩和過程および緩和時間の関係を示す図である。|11S>から|02S>(あるいは|20S>)へのエネルギー緩和は、電子格子相互作用によって効率的に起こるので、その緩和時間τ1は最も短い。|11T+>および|11T->から|02S>(あるいは|20S>)へのエネルギー緩和は、スピン軌道相互作用と電子格子相互作用によって引き起こされるので、それらの緩和時間τ2,τ4は比較的長い。さらに、|11T0>から|02S>(あるいは|20S>)へのエネルギー緩和は、低次のスピン軌道相互作用と電子格子相互作用では引き起こされないため、その緩和時間τ3は最も長い。典型的な量子ドットにおいて、τ1は10n秒程度、τ2およびτ4は1μ秒〜100μ秒程度、τ3は500μ秒以上に達すると考えられる。 FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the energy relaxation process and the relaxation time for each spin state. Energy relaxation from | 11S> to | 02S> (or | 20S>) occurs efficiently by electron-lattice interaction, so the relaxation time τ1 is the shortest. Since energy relaxation from | 11T +> and | 11T-> to | 02S> (or | 20S>) is caused by spin orbit interaction and electron lattice interaction, their relaxation times τ2 and τ4 are relatively long. Furthermore, energy relaxation from | 11T0> to | 02S> (or | 20S>) is not caused by low-order spin-orbit interaction and electron lattice interaction, so the relaxation time τ3 is the longest. In a typical quantum dot, it is considered that τ1 reaches about 10 nsec, τ2 and τ4 reach about 1 μsec to 100 μsec, and τ3 reaches 500 μsec or more.
次に、本実施の形態における量子エンタングルメント状態の生成方法について図5のフローチャートを用いて説明する。 Next, a method for generating a quantum entanglement state in the present embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG.
ステップ1(図においてS1と示す。以下同じ)で、量子ドット1と量子ドット2とに印加する制御電圧を第1電圧aに設定する。この制御電圧は、図示しない電極3,4の間にあるゲート電極に印加される。
In step 1 (shown as S1 in the figure, the same applies hereinafter), the control voltage applied to the
ステップ2で、量子ドット1と量子ドット2にそれぞれ1個づつ電子を注入する。これにより、|11S>,|11T+>,|11T0>,|11T->のいずれかの状態が形成される。
In
ステップ3で、制御電圧を第1電圧aから第2電圧bあるいはb’に設定する。
In
ステップ4で、制御電圧を第1電圧から第2電圧にしたことにより生じるエネルギー緩和の緩和時間に4種類のスピン状態でそれぞれ差が生じることに基いて規定される所定時間の経過後、制御電圧を第1電圧に再設定する。このステップ4の所定時間を適切に設定することによって、|11T0>あるいは|11S>の量子エンタングルメント状態が生成される。
In
まず、|11T0>の状態を生成する処理について説明する。ここでは、所定時間を緩和時間τ1,τ2,τ4よりも長く、τ3よりも短い時間に設定する。これにより、ステップ4で、この所定時間が経過したときに、緩和時間の長い|11T0>のみが緩和せずに励起状態に留まる。エネルギー緩和の発生の有無は、電荷計を用いることで検出可能である。緩和過程においては、必ず電子が片方の量子ドットから他方の量子ドットへ移動するので、少なくとも一方の量子ドットの電荷を検出する電荷計を設け、電荷計の出力結果が変化しなかったことをもって、量子エンタングルメント状態|11T0>であることを特定できる。そして、所定時間の経過後、エネルギー緩和の発生が無い場合には、制御電圧を第1電圧に再設定することで、|11T0>による量子エンタングルメント状態が得られる。
First, processing for generating the state | 11T0> will be described. Here, the predetermined time is set to a time longer than the relaxation times τ1, τ2, and τ4 and shorter than τ3. Thereby, in
仮に電荷計の出力結果が変化した場合には、エネルギー緩和が生じたことを示しているので、スピン状態は、|11S>,|11T+>,|11T->のいずれかであるということを特定できる。この場合には、ステップ1に戻り、再度第1電圧を設定し、少なくとも1つの量子ドットの電子を電極に放出した後に、別の電子を該当する量子ドットに注入し、|11T0>による量子エンタングルメント状態が得られるまで上記の各ステップを繰り返す。平均的には、4回程度の操作を繰り返すことによって、|11T0>による量子エンタングルメント状態を得ることができる。
If the output result of the charge meter changes, it indicates that energy relaxation has occurred. Therefore, specify that the spin state is one of | 11S>, | 11T +>, or | 11T->. it can. In this case, return to
続いて、|11S>の状態を生成する処理について説明する。ここでは、所定時間を緩和時間τ1,τ2,τ3およびτ4よりも長い時間に設定する。これによって、ステップ4では、必ず基底状態|20S>あるいは|02S>となるようにエネルギー緩和を起させることができる。基底状態を得た後に、制御電圧を第2電圧bあるいはb’から第1電圧aへと非断熱的に変化させる。これにより、第2電圧bあるいはb’における基底状態は、第1電圧aにおける励起状態へと変化する。第1電圧aにおいては、励起状態から基底状態へのエネルギー緩和が最も効率的に生じるので、当該所定時間を経過させることによって、|11S>による量子エンタングルメント状態をほぼ確実に得ることができる。
Next, processing for generating a state of | 11S> will be described. Here, the predetermined time is set to a time longer than the relaxation times τ1, τ2, τ3, and τ4. As a result, in
続いて、|11S>の状態を生成する別の処理について説明する。ここでは、ステップ4の処理に代えて、電荷計を用いてエネルギー緩和の発生の有無を検出する。つまり、電荷計の出力結果が変化するまで待つ。このエネルギー緩和も電荷状態の変化を伴うものであるので、電荷計によって緩和過程を検出することができる。そして、出力結果が変化した場合には、エネルギー緩和が生じたときであるので、緩和によって基底状態の|02S>あるいは|20S>が形成されていることになる。この場合、制御電圧を第2電圧から第1電圧へと非断熱的に変化させることにより、第2電圧における基底状態は、第1電圧における励起状態へと変化する。これによっても、|11S>による量子エンタングルメント状態をほぼ確実に得ることができる。
Next, another process for generating the state | 11S> will be described. Here, instead of the process of
続いて、|11S>の状態を生成する更に別の処理について説明する。ここでは、ステップ1〜ステップ4の処理ではなく、次の処理を行う。まず、量子ドット1と量子ドット2に印加する制御電圧を第2電圧bあるいはb’に設定する。そして、片方の量子ドットに2個の電子を注入する。これによって基底状態を確実に形成する。その後、制御電圧を第2電圧から第1電圧へと非断熱的に変化させることにより、第2電圧における基底状態は、第1電圧における励起状態へと変化する。これによっても、|11S>による量子エンタングルメント状態をほぼ確実に得ることができる。
Next, still another process for generating the state | 11S> will be described. Here, the following processing is performed instead of the processing of
次に、本実施の形態における量子エンタングルメント状態の検出方法について説明する。本検出方法は、エネルギー緩和が生じるときの緩和時間に4種類のスピン状態でそれぞれ差が生じることを利用したものである。 Next, a method for detecting a quantum entanglement state in the present embodiment will be described. This detection method uses the fact that differences occur in the four types of spin states in the relaxation time when energy relaxation occurs.
エネルギー緩和が生じたことを測定する方法としては複数の手法があるが、図6に示すように、量子ドットの近傍に高感度の電荷計14を用いることが望ましい。少なくとも一方の量子ドットと電荷計14とをキャパシタ容量15によって容量的に結合することによって、電荷計14はその量子ドットの電荷状態を測定可能となり、電荷の移動、すなわちエネルギー緩和が生じたことを検出可能になる。
Although there are a plurality of methods for measuring the occurrence of energy relaxation, it is desirable to use a highly
一方、第1電圧a、第2電圧b,b’のいずれの場合においても、|11S>,|11T+>,|11T0>,|11T->のいずれかの状態からいずれかの状態へのエネルギー緩和は、スピン軌道相互作用と電子格子相互作用によっては引き起こされない。 On the other hand, in any case of the first voltage a and the second voltage b, b ′, the energy from any state of | 11S>, | 11T +>, | 11T0>, | 11T-> to any state Relaxation is not caused by spin orbit interactions and electron lattice interactions.
以上を前提に、本量子エンタングルメント状態の検出方法について図7のフローチャートを用いて説明する。同図のステップ11〜13は、図5のステップ1〜3の処理と同様であるので、ここでは説明を省略する。
Based on the above, this quantum entanglement state detection method will be described with reference to the flowchart of FIG.
ステップ14では、制御電圧を第1電圧aから第2電圧bあるいはb’にしたことにより生じるエネルギー緩和の時間を測定する。具体的には、制御電圧を第2電圧に設定してから電荷計14の出力結果に変化が生じるまでの時間Tを測定することによって緩和時間を測定する。
In
この測定された緩和時間が、τ1程度あるいはそれよりも短ければスピン状態が量子エンタングルメント状態|11S>であったことが分かり、τ3程度あるいはそれよりも長ければ量子エンタングルメント状態|11T0>であったことが分かる。また、τ2もしくはτ4程度であれば、スピン状態が量子エンタングルメント状態にはない|11T+>あるいは|11T->であったことが分かる。 If the measured relaxation time is about τ1 or shorter, the spin state is found to be the quantum entanglement state | 11S>, and if about τ3 or longer, the quantum entanglement state | 11T0>. I understand that. Also, if it is about τ2 or τ4, it can be seen that the spin state is | 11T +> or | 11T-> which is not in the quantum entanglement state.
よって、ステップ15では、測定された緩和時間と4種類のスピン状態についての既知のエネルギー緩和時間τ1〜τ4とを比較することにより、量子エンタングルメント状態を検出する。
Therefore, in
現実的には、その他の相互作用が働く場合があり、各スピン状態についてのエネルギー緩和時間の大小関係が逆転する場合もある。しかし、その場合であっても、各スピン状態間には緩和時間に差があるので、どの状態であったかを検出することは可能である。 In reality, other interactions may occur, and the magnitude relation of the energy relaxation time for each spin state may be reversed. However, even in that case, since there is a difference in relaxation time between the respective spin states, it is possible to detect which state it was.
ステップ14においては、電荷計を用いなくとも、例えば電流計を用いることによっても緩和時間の測定は可能である。第2電圧bあるいはb’においては、量子ドット1から電極3に、あるいは量子ドット2から電極4に電子がトンネルすることによって生じる電流を検出できるのは、エネルギー緩和が起こっていない場合のみである。よって、エネルギー緩和が生じるまでの時間を測定するためには、制御電圧を第2電圧に設定してから電流計によって電流が検出されなくなるまでの時間を測定するようにする。
In
したがって、本実施の形態によれば、量子エンタングルメント状態の生成方法として、量子ドット1,2に印加する制御電圧を第1電圧aに設定して各量子ドットに1個づつ電子を注入することにより、4種類のスピン状態のいずれかを生成させた後、制御電圧を第2電圧bあるいはb’に設定する。そして、4種類のスピン状態でエネルギー緩和時間にそれぞれ差が生じることに基いて規定される所定時間だけ経過させた後、制御電圧を第1電圧aに再設定することで、スピン一重項状態のみならず、スピン三重項状態にある量子エンタングルメント状態の確実な生成を可能にでき、もって量子エンタングルメント状態の利用効率を向上させることができる。これにより、量子コンピュータ等へのより優れた応用を図ることができる。
Therefore, according to the present embodiment, as a method of generating the quantum entanglement state, the control voltage applied to the
本実施の形態によれば、所定時間として、スピン三重項状態のスピンz成分が0の状態|11T0>についてのエネルギー緩和時間τ3よりも短く、他の3種類のスピン状態|11S>,|11T+>,|11T->についてのエネルギー緩和時間τ1,τ2,τ4よりも長い時間を設定し、この所定時間の経過後、エネルギー緩和の発生の有無を検出することで、エネルギー緩和の発生がない場合にはスピン三重項状態のスピンz成分が0の状態が生成されていたことが検出され、エネルギー緩和の発生がある場合には他の3種類のスピン状態が生成されていたことが検出される。そして、エネルギー緩和の発生がない場合に制御電圧を第1電圧aに設定することで、量子エンタングルメント状態を有するスピン三重項状態のスピンz成分が0の状態を確実に生成することができる。 According to the present embodiment, as the predetermined time, the energy relaxation time τ3 for the state | 11T0> in which the spin z component in the spin triplet state is 0 is shorter than the other three types of spin states | 11S> and | 11T + When energy relaxation time does not occur by setting the time longer than energy relaxation time τ1, τ2, τ4 for>, | 11T->, and detecting the occurrence of energy relaxation after the elapse of this predetermined time , It is detected that a state in which the spin z component of the spin triplet state is 0 is generated, and when energy relaxation occurs, it is detected that the other three types of spin states have been generated. . Then, by setting the control voltage to the first voltage a when no energy relaxation occurs, a state in which the spin z component of the spin triplet state having the quantum entanglement state is zero can be reliably generated.
本実施の形態によれば、所定時間を4種類のスピン状態についての各エネルギー緩和時間のいずれよりも長い時間に設定することで、制御電圧を第2電圧bあるいはb’に設定してから所定時間が経過した後に一方の量子ドットに2個の電子が占有した一重項の基底状態|20S>あるいは|02S>が確実に生成されるようにし、その後に制御電圧を第1電圧に設定することで、量子エンタングルメント状態を有するスピン一重項状態を確実に生成することができる。 According to the present embodiment, the predetermined time is set to a time longer than any of the energy relaxation times for the four types of spin states, so that the predetermined voltage is set after the control voltage is set to the second voltage b or b ′. Make sure that a singlet ground state | 20S> or | 02S> occupied by two electrons in one quantum dot is generated after the passage of time, and then set the control voltage to the first voltage. Thus, a spin singlet state having a quantum entanglement state can be reliably generated.
本実施の形態によれば、量子エンタングルメント状態の別の生成方法として、図5における所定時間の経過後に制御電圧を第1電圧aに再設定するステップ4に代えて、エネルギー緩和の発生の有無を検出することで、エネルギー緩和の発生があったときは一重項の基底状態|20S>あるいは|02S>が生成されたときであるので、この発生が検出された後に制御電圧を第1電圧に設定することで、エンタングルメント状態を有するスピン一重項状態を確実に生成することができる。
According to the present embodiment, as another method of generating the quantum entanglement state, instead of
本実施の形態によれば、量子エンタングルメント状態の更に別の生成方法として、量子ドット1,2の制御電圧を第2電圧bあるいはb’に設定してから片方の量子ドットに2個の電子を注入することで、一重項の基底状態|20S>あるいは|02S>が確実に生成されるようにし、その後に制御電圧を第1電圧aに設定することで、量子エンタングルメント状態を有するスピン一重項状態を確実に生成することができる。
According to the present embodiment, as yet another method of generating the quantum entanglement state, two electrons are applied to one quantum dot after setting the control voltage of the
本実施の形態によれば、量子エンタングルメント状態の検出方法として、量子ドット1,2に印加する制御電圧を第1電圧aに設定して各量子ドットに1個づつ電子を注入することにより、4種類のスピン状態のいずれかを生成させてから、制御電圧を第2電圧bあるいはb’にする。そして、このときに生じるエネルギー緩和の緩和時間を測定し、測定された緩和時間と既知の緩和時間とを比較することにより、量子エンタングルメント状態であることを検出する。このように、エネルギー緩和時間が4種類のスピン状態によって異なることに着目することで、エネルギー緩和時間の測定という簡易な手法で量子エンタングルメント状態の検出を実現することができる。
According to the present embodiment, as a method for detecting the quantum entanglement state, by setting the control voltage applied to the
本実施の形態によれば、エネルギー緩和には電荷の移動が伴うことに着目して、少なくとも片方の量子ドットの電荷を電荷計14により検出し、エネルギー緩和時間として電荷計の検出結果が変化するまでの時間を測定することで、エネルギー緩和時間を確実かつ正確に測定することができる。
According to the present embodiment, paying attention to the fact that energy relaxation involves charge movement, the
なお、上記の量子エンタングルメント状態の生成方法・検出方法は、1つの量子エンタングルメント素子において実現することが可能なものである。 The quantum entanglement state generation / detection method described above can be realized with one quantum entanglement element.
[第2の実施の形態]
本実施の形態では、第1の実施形態で説明した量子エンタングルメント状態の生成方法・検出方法を実現する上での量子エンタングルメント素子のより具体的な構成および手順について説明する。
[Second Embodiment]
In the present embodiment, a more specific configuration and procedure of a quantum entanglement element for realizing the quantum entanglement state generation method and detection method described in the first embodiment will be described.
図8は、量子エンタングルメント素子の構成を示す斜視図である。同図の素子は、ガリウム砒素等を用いた積層構造26,27をエッチング加工とゲート電極の形成により作製したものである。この素子に対し、0.1K程度の極低温で適切なゲート電圧を印加することにより、図1に示した素子を実現することができる。このように作製した素子の量子ドット1,2では、帯電エネルギー1meV程度、量子閉じこめエネルギー0.1〜1meV程度、ドット間の静電結合エネルギー0.2meV程度、量子ドット間のトンネル結合エネルギー1μeV〜0.1meV程度のものを得ることができる。
FIG. 8 is a perspective view showing the configuration of the quantum entanglement element. The device shown in the figure is formed by etching and forming a gate electrode of stacked
図9は、積層構造26,27の詳細な構成を示す断面図である。同図に示すように、積層構造26は、ガリウム砒素の層27上に、厚さ500nmのアルミニウムガリウム砒素の層、厚さ10nmのインジウムガリウム砒素の層、厚さ20nmのアルミニウムガリウム砒素の層、厚さ80nmのシリコン添加アルミニウムガリウム砒素の層がこの順に形成された構成である。このような半導体積層構造とすることで、ラシュバ型またはドレッセルハウス型のスピン軌道相互作用を生じさせることができる。さらに、半導体結晶に起因するピエゾ型または変形ポテンシャル型の電子格子相互作用を生じさせることができる。また、複数のゲート電極20にゲート電圧VL,VRをそれぞれ印加可能となっており、これによって2つの量子ドット1,2のポテンシャルを独立に変化させることができるので、図3に示した第1電圧aと第2電圧b,b’との間を高速に変化させることができる。ここでは、ゲート電圧VLが量子ドット1に印加され、ゲート電圧VRが量子ドット2に印加されるものとする。図10に、その模式的な等価回路を示す。
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a detailed configuration of the
量子ポイントコンタクト構造は、その障壁を流れる電流を測定することによって電荷計として機能するので、これを量子ドット1の近傍に作製することにより、電荷計が量子ドット1とは強く、量子ドット2とは弱く結合するので、それぞれの量子ドットの電荷状態を検出することが可能となる。
Since the quantum point contact structure functions as a charge meter by measuring the current flowing through the barrier, the charge meter is stronger than the
次に、上記実施の形態で説明した量子エンタングルメント状態の生成方法のより具体的な手順について図11の波形図を用いて説明する。まず、ゲート電圧VLおよびVRを変化させる。初期状態は、VL=VL0,VR=VR0とし、量子ドット1,2に電子がない状態とする。時刻t1において、ゲート電圧VLをVL0からVL1に変化させることにより、電子1個が量子ドット1に入り電荷計の電流値IdetがId0からId1に変化する。同様に、時刻t2において、ゲート電圧VRをVR0からVR1に変化させることにより、電子1個が量子ドット2に入り電荷計の電流値IdetがId1からId2に変化する。ここで、ゲート電圧VL1,VR1を図3における第1電圧aとなるように設定しておくことにより、電子が1個づつ量子ドット1,2に注入された状態を実現できる。時刻t3において、ゲート電圧VRをVR2に変化させた後、所定時間twだけ待つ。ゲート電圧VR2は、図3における第2電圧bとなるように設定しておく。所定時間twは、スピン三重項の量子エンタングルメント状態の緩和時間τ3よりも短く、他の緩和時間τ1,τ2,τ4よりも充分に長い時間に設定する。この待ち時間の間にエネルギー緩和が生じなかった場合、すなわち電荷計の出力結果に変化が生じなかった場合には、非常に高い確率で量子エンタングルメント状態にあることになるので、ゲート電圧VRをVR1に戻すことによって、スピン三重項にある量子エンタングルメント状態を生成することができる。一方、この待ち時間の間にエネルギー緩和が生じた場合、すなわち電荷計の出力結果に変化が生じた場合には、量子エンタングルメント状態にはないので、量子ドット1,2から電子を放出し、最初からやり直す。
Next, a more specific procedure of the quantum entanglement state generation method described in the above embodiment will be described with reference to the waveform diagram of FIG. First, the gate voltages VL and VR are changed. The initial state is VL = VL0, VR = VR0, and the
次に、上記実施の形態で説明した量子エンタングルメント状態の別の生成方法のより具体的な手順について図12の波形図を用いて説明する。時刻t1〜t3までの手順は図11を用いて説明したものと同様である。時刻t3において、ゲート電圧VRをVR2に変化させた後、充分に長い所定時間tw’だけ待つことにより、エネルギー緩和を生じさせる。この所定時間tw’は、緩和時間τ1,τ2,τ3,τ4のいずれよりも長い時間とする。あるいは、更に別の生成方法として、エネルギー緩和が生じて電荷計の電流値がIdRに変化するまで待つことにより、エネルギー緩和を生じさせるようにしてもよい。これらのようにしてエネルギー緩和を生じさせた後、ゲート電圧VRをVR1に戻すことによって、スピン一重項にある量子エンタングルメント状態を生成することができる。 Next, a more specific procedure of another method for generating a quantum entanglement state described in the above embodiment will be described with reference to the waveform diagram of FIG. The procedure from time t1 to t3 is the same as that described with reference to FIG. After the gate voltage VR is changed to VR2 at time t3, energy relaxation is caused by waiting for a sufficiently long predetermined time tw '. The predetermined time tw ′ is longer than any of the relaxation times τ1, τ2, τ3, and τ4. Alternatively, as another generation method, energy relaxation may be caused by waiting until energy relaxation occurs and the current value of the charge meter changes to IdR. After causing energy relaxation as described above, the quantum entanglement state in the spin singlet can be generated by returning the gate voltage VR to VR1.
次に、上記実施の形態で説明した量子エンタングルメント状態の検出方法のより具体的な手順について図13の波形図を用いて説明する。時刻t1〜t3までの手順は図11を用いて説明したものと同様である。時刻t3において、ゲート電圧VRをVR2に変化させると、最終的には量子ドット1から量子ドット2への電荷の移動が生じ、電荷計の電流値がId2からIdRへと変化する。ここでは、時刻t3から電流値が変化するまでの緩和時間を測定する。この緩和時間は、第1電圧aを印加したときに形成されるスピン状態によって大きく異なり、統計的には図14に示すような分布になる。よって、測定された緩和時間と図14に示す予め既知の緩和時間とを比較し、測定された緩和時間がどの領域にあるかを調べることにより、量子エンタングルメント状態にあるか否かを検出することができる。
Next, a more specific procedure of the quantum entanglement state detection method described in the above embodiment will be described with reference to the waveform diagram of FIG. The procedure from time t1 to t3 is the same as that described with reference to FIG. When the gate voltage VR is changed to VR2 at time t3, the charge movement from the
1,2…量子ドット
3,4…電極
5,6,7…トンネル障壁
14…電荷計
15…キャパシタ容量
20…ゲート電極
26,27…積層構造
51,52,53…量子ドット
54,55,56…電極
57〜61…トンネル障壁
DESCRIPTION OF
Claims (7)
第1電圧に設定するステップの後、第1量子ドットと第2量子ドットにそれぞれ1個づつ電子を注入するステップと、
電子を注入するステップの後、前記制御電圧を、片方の量子ドットに2個の電子が占有する状態の方が各々の量子ドットに電子が1個づつ占有する状態よりもエネルギー的に安定する第2電圧に設定するステップと、
第2電圧に設定するステップの後、前記制御電圧を第1電圧から第2電圧にしたことにより生じるエネルギー緩和の緩和時間に4種類のスピン状態でそれぞれ差が生じることに基いて規定される所定時間を第2電圧にしてから経過させた後、前記制御電圧を第1電圧に再設定するステップと、
を有することを特徴とする量子エンタングルメント状態の生成方法。 The control voltage applied to the first quantum dot and the second quantum dot is occupied by one electron in each quantum dot, and in the four types of spin states, two electrons are occupied in one quantum dot. Setting the first voltage to be more energetically stable than the state;
After the step of setting to the first voltage, injecting one electron into each of the first quantum dot and the second quantum dot;
After the step of injecting electrons, the control voltage is stabilized more energetically in a state where two electrons occupy one quantum dot than in a state where one electron occupies each quantum dot. Setting to two voltages;
After the step of setting to the second voltage, a predetermined value is defined based on differences in energy relaxation relaxation times caused by changing the control voltage from the first voltage to the second voltage in the four types of spin states. Resetting the control voltage to the first voltage after the time has elapsed from the second voltage ; and
A method for generating a quantum entanglement state, comprising:
前記再設定するステップは、
当該所定時間の経過後、エネルギー緩和の発生の有無を検出するステップと、
エネルギー緩和の発生が無い場合に、前記制御電圧を第1電圧に設定するステップと、
を有することを特徴とする請求項1記載の量子エンタングルメント状態の生成方法。 The predetermined time is equal to or shorter than the energy relaxation time of the spin triplet state of the spin entanglement state in the quantum entanglement state among the four types of spin states, and the other three types of spins. A time longer than the energy relaxation time for the state,
The resetting step includes:
Detecting the presence or absence of energy relaxation after the elapse of the predetermined time;
When no energy relaxation occurs, setting the control voltage to the first voltage;
The quantum entanglement state generation method according to claim 1, wherein:
エネルギー緩和の発生の有無を検出するステップと、
エネルギー緩和の発生が有った場合に、前記制御電圧を第1電圧に設定するステップと、
を有することを特徴とする請求項1記載の量子エンタングルメント状態の生成方法。 Instead of the resetting step,
Detecting the occurrence of energy relaxation;
When energy relaxation has occurred, setting the control voltage to a first voltage;
The quantum entanglement state generation method according to claim 1, wherein:
第2電圧に設定するステップの後、片方の量子ドットに2個の電子を注入するステップと、
電子を注入するステップの後、前記制御電圧を、各々の量子ドットに電子が1個づつ占有する状態の方が片方の量子ドットに2個の電子が占有する状態よりもエネルギー的に安定する第1電圧に設定するステップと、
を有することを特徴とする量子エンタングルメント状態の生成方法。 The control voltage applied to the first quantum dot and the second quantum dot is more energetic in the state where two electrons occupy one quantum dot than in the state where one electron occupies each quantum dot. Setting the second voltage to be stable,
After the step of setting to the second voltage, injecting two electrons into one quantum dot;
After the step of injecting electrons, the control voltage is more stable in terms of energy in a state where one electron is occupied in each quantum dot than in a state where two electrons are occupied in one quantum dot. Setting to 1 voltage;
A method for generating a quantum entanglement state, comprising:
第1電圧に設定するステップの後、第1量子ドットと第2量子ドットにそれぞれ1個づつ電子を注入するステップと、
電子を注入するステップの後、前記制御電圧を、片方の量子ドットに2個の電子が占有する状態の方が各々の量子ドットに電子が1個づつ占有する状態よりもエネルギー的に安定する第2電圧に設定するステップと、
第2電圧に設定するステップの後、前記制御電圧を第1電圧から第2電圧にしたことにより生じるエネルギー緩和の緩和時間を測定するステップと、
緩和時間を測定するステップの後、測定された緩和時間と4種類のスピン状態についての既知のエネルギー緩和時間とを比較することにより量子エンタングルメント状態であることを検出するステップと、
を有することを特徴とする量子エンタングルメント状態の検出方法。 The control voltage applied to the first quantum dot and the second quantum dot is occupied by one electron in each quantum dot, and in the four types of spin states, two electrons are occupied in one quantum dot. Setting the first voltage to be more energetically stable than the state;
After the step of setting to the first voltage, injecting one electron into each of the first quantum dot and the second quantum dot;
After the step of injecting electrons, the control voltage is stabilized more energetically in a state where two electrons occupy one quantum dot than in a state where one electron occupies each quantum dot. Setting to two voltages;
After setting the second voltage, measuring a relaxation time of energy relaxation caused by changing the control voltage from the first voltage to the second voltage;
After the step of measuring the relaxation time, detecting the quantum entanglement state by comparing the measured relaxation time with known energy relaxation times for the four spin states;
A method for detecting a quantum entanglement state, comprising:
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