特許ウォッチ

公開番号2025108858
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-07-24
出願番号2024002322
出願日2024-01-11
発明の名称量子デバイス及び量子デバイスの制御方法
出願人富士通株式会社
代理人個人,個人
主分類H10N 60/12 20230101AFI20250716BHJP()
要約【課題】マヨラナ粒子を操作することができる量子デバイス及び量子デバイスの制御方法を提供する。
【解決手段】量子デバイスは、高次トポロジカル絶縁体層と、超伝導体層と、複数の圧電素子と、を有し、前記高次トポロジカル絶縁体層は、互いに平行な第1面及び第2面と、前記第2面と交わり、前記第2面よりも前記第1面側に位置する第3面と、前記第3面と交わり、前記第1面及び前記第2面と平行な第4面と、を有し、前記超伝導体層は、前記第3面を含む平面と前記第1面との交線上に形成され、前記複数の圧電素子は、前記高次トポロジカル絶縁体層に、前記交線と直交する方向の成分を含む応力を印加するように配置されている。量子デバイスは、例えば量子コンピューティングに使用できる。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
高次トポロジカル絶縁体層と、
超伝導体層と、
複数の圧電素子と、
を有し、
前記高次トポロジカル絶縁体層は、
互いに平行な第１面及び第２面と、
前記第２面と交わり、前記第２面よりも前記第１面側に位置する第３面と、
前記第３面と交わり、前記第１面及び前記第２面と平行な第４面と、
を有し、
前記超伝導体層は、前記第３面を含む平面と前記第１面との交線上に形成され、
前記複数の圧電素子は、前記高次トポロジカル絶縁体層に、前記交線と直交する方向の成分を含む応力を印加するように配置されていることを特徴とする量子デバイス。
続きを表示（約 930 文字）【請求項２】
前記圧電素子毎に１対の電極が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の量子デバイス。
【請求項３】
前記第３面は、前記第２面と直角に交わることを特徴とする請求項１又は２に記載の量子デバイス。
【請求項４】
前記第４面は、前記第３面と直角に交わることを特徴とする請求項１又は２に記載の量子デバイス。
【請求項５】
前記高次トポロジカル絶縁体層は、多層ＷＴｅ
２
層又は多層ＭｏＴｅ
２
層を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の量子デバイス。
【請求項６】
前記第２面と前記第３面との交線は、ＷＴｅ
２
又はＭｏＴｅ
２
のａ軸に平行であることを特徴とする請求項５に記載の量子デバイス。
【請求項７】
前記高次トポロジカル絶縁体層は、多層Ｂｉ層を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の量子デバイス。
【請求項８】
前記第２面と前記第３面との交線は、Ｂｉの［１１１］軸に平行であることを特徴とする請求項７に記載の量子デバイス。
【請求項９】
高次トポロジカル絶縁体層と、
超伝導体層と、
複数の圧電素子と、
を有する量子デバイスの制御方法であって、
前記高次トポロジカル絶縁体層は、
互いに平行な第１面及び第２面と、
前記第２面と交わり、前記第２面よりも前記第１面側に位置する第３面と、
前記第３面と交わり、前記第１面及び前記第２面と平行な第４面と、
を有し、
前記超伝導体層は、前記第３面を含む平面と前記第１面との交線上に形成され、
前記複数の圧電素子は、前記高次トポロジカル絶縁体層に、前記交線と直交する方向の成分を含む応力を印加するように配置されており、
前記複数の圧電素子について前記高次トポロジカル絶縁体層に印加される応力を制御することで、前記交線上に発現する一次元伝導チャネルの長さを制御する工程を有することを特徴とする量子デバイスの制御方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、量子デバイス及び量子デバイスの制御方法に関する。
続きを表示（約 2,800 文字）【背景技術】
【０００２】
マヨラナ粒子を用いた量子演算装置についての研究が行われている。マヨラナ粒子を発生させる構造として、二次元トポロジカル絶縁体とｓ波超伝導体とを組み合わせた構造が提案されている。また、二次元トポロジカル絶縁体とｓ波超伝導体とを含む量子デバイスの制御にあたっては、磁場を用いてマヨラナ粒子を操作する方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０１３－２４７２６７号公報
国際公開第２０２２／１３７４２１号
米国特許出願公開第２０１４／０２２１０５９号明細書
米国特許出願公開第２０１７／０１４１２８７号明細書
国際公開第２０２３／２２３５３１号
【非特許文献】
【０００４】
Z. Wang et al., Phys. Rev. Lett. 123, 186401 (2019)
Y.-B. Choi et al., Nat. Mater. 19, 974 (2020)
A. Sekine et al., J. Appl. Phys. 134, 165707 (2023)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
マヨラナ粒子の操作の際に磁場を用いるとｓ波超伝導体の超伝導状態が変化し得る。また、磁場が、マヨラナ粒子の状態の読み出しに用いられる共振器等に影響を及ぼすおそれもある。
【０００６】
本開示の目的は、マヨラナ粒子を操作することができる量子デバイス及び量子デバイスの制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示の一形態によれば、高次トポロジカル絶縁体層と、超伝導体層と、複数の圧電素子と、を有し、前記高次トポロジカル絶縁体層は、互いに平行な第１面及び第２面と、前記第２面と交わり、前記第２面よりも前記第１面側に位置する第３面と、前記第３面と交わり、前記第１面及び前記第２面と平行な第４面と、を有し、前記超伝導体層は、前記第３面を含む平面と前記第１面との交線上に形成され、前記複数の圧電素子は、前記高次トポロジカル絶縁体層に、前記交線と直交する方向の成分を含む応力を印加するように配置されている量子デバイスが提供される。
【発明の効果】
【０００８】
本開示によれば、圧電素子を用いてマヨラナ粒子を操作することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
図１は、第１実施形態に係る量子デバイスを示す斜視図である。
図２は、第１実施形態における高次トポロジカル絶縁体層を示す斜視図である。
図３は、高次トポロジカル絶縁体層に作用する圧縮応力の分布を示す図（その１）である。
図４は、高次トポロジカル絶縁体層に作用する圧縮応力の分布を示す図（その２）である。
図５は、高次トポロジカル絶縁体層に作用する圧縮応力の分布を示す図（その３）である。
図６は、第１状態における一次元伝導チャネルの位置を示す断面図（その１）である。
図７は、第１状態における一次元伝導チャネルの位置を示す断面図（その２）である。
図８は、第１状態における一次元伝導チャネルの位置を示す断面図（その３）である。
図９は、第１状態における交線上の一次元伝導チャネルの状態を示す図である。
図１０は、第２状態における一次元伝導チャネルの位置を示す断面図（その１）である。
図１１は、第２状態における一次元伝導チャネルの位置を示す断面図（その２）である。
図１２は、第２状態における一次元伝導チャネルの位置を示す断面図（その３）である。
図１３は、第２状態における交線上の一次元伝導チャネルの状態を示す図である。
図１４は、第３状態における一次元伝導チャネルの位置を示す断面図（その１）である。
図１５は、第３状態における一次元伝導チャネルの位置を示す断面図（その２）である。
図１６は、第３状態における一次元伝導チャネルの位置を示す断面図（その３）である。
図１７は、第３状態における交線上の一次元伝導チャネルの状態を示す図である。
図１８は、一次元伝導チャネルについての計算で用いるモデルを示す図（その１）である。
図１９は、高次トポロジカル絶縁体層についての計算の結果を示す図（その１）である。
図２０は、高次トポロジカル絶縁体層についての計算の結果を示す図（その２）である。
図２１は、一次元伝導チャネルについての計算で用いるモデルを示す図（その２）である。
図２２は、第２実施形態に係る量子デバイスを示す斜視図である。
図２３は、量子演算の一例の概要を示す模式図である。
図２４は、マヨラナ粒子の位置の遷移の一例を示す図（その１）である。
図２５は、マヨラナ粒子の位置の遷移の一例を示す図（その２）である。
図２６は、マヨラナ粒子の位置の遷移の一例を示す図（その３）である。
図２７は、アダマールゲートに相当する量子演算の概要を示す模式図である。
図２８は、マヨラナ粒子の位置の遷移の他の一例を示す図（その１）である。
図２９は、マヨラナ粒子の位置の遷移の他の一例を示す図（その２）である。
図３０は、マヨラナ粒子の位置の遷移の他の一例を示す図（その３）である。
図３１は、マヨラナ粒子の位置の遷移の他の一例を示す図（その４）である。
図３２は、マヨラナ粒子の位置の遷移の他の一例を示す図（その５）である。
図３３は、第３実施形態に係る量子演算装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本開示の実施形態について添付の図面を参照しながら具体的に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複した説明を省くことがある。本開示においては、Ｘ１－Ｘ２方向、Ｙ１－Ｙ２方向、Ｚ１－Ｚ２方向を相互に直交する方向とする。Ｘ１－Ｘ２方向及びＹ１－Ｙ２方向を含む面をＸＹ面と記載し、Ｙ１－Ｙ２方向及びＺ１－Ｚ２方向を含む面をＹＺ面と記載し、Ｚ１－Ｚ２方向及びＸ１－Ｘ２方向を含む面をＺＸ面と記載する。なお、便宜上、Ｚ１－Ｚ２方向を上下方向とし、Ｚ１側を上側、Ｚ２側を下側とする。また、平面視とは、Ｚ１側から対象物を視ることをいい、平面形状とは、対象物をＺ１側から視た形状のことをいう。
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許