51探花

【本学研究者情报】

〇材料科学高等研究所/电気通信研究所　准教授　大塚朋广

【発表のポイント】

• 电子を闭じ込めた量子ドット^(注1)の电荷状态を、事后确率を计算するベイズの定理^(注2)に基づいて高精度に推定する手法を开発しました。
• 电荷状态によってノイズ特性が异なる条件下で、従来手法より优れた性能を确认しました。
• 量子ビット^（注3）読み出しの高速化?高精度化が期待されます。

【概要】

量子コンピュータの基本素子である量子ビットの状态を高速?高精度に読み出すことは、量子情报処理において重要な课题です。特に半导体量子ドットでは、単一电子の电荷状态を検出する技术が量子ビット読み出しの键となっています。

东北大学材料科学高等研究所（奥笔滨-础滨惭搁）の篠﨑基矢特任助教と大塚朋广准教授（电気通信研究所兼务）らの研究グループは、ベイズの定理に基づく逐次的な电荷状态推定手法を开発し、その性能を従来手法の閾値（しきいち）判定と比较しました。本研究では、测定信号のノイズ特性が电荷状态によって异なる条件下で、ベイズ手法が优れた性能を発挥することを确认しました。この方法により、リアルタイムでの电荷状态推定において、より多くの信頼性の高いデータ点を得ることができます。また、状态迁移近傍でも高精度な推定が可能であることも确认しました。本成果により、量子ビットやセンサなどの読み出しの高速化が期待され、将来の量子情报処理等への応用が期待されます。

本研究成果は、2025年3月26日（現地時間）に米国物理学会誌Physical Review Applied（電子版）に掲載されました。

図1.(上)シミュレーションで作成した疑似的な电荷计信号とそのヒストグラム。(下)时间积算によりノイズを低减することで状态の识别が可能となる(従来手法の閾値判断)。

【用语解説】

注1. 量子ドット
半导体などにおいて电子を闭じ込める微小な构造。サイズが小さいため、量子力学的な効果が现れ、电子のエネルギー状态が离散的になる。

注2. ベイズの定理
ある条件の下での事象の確率（条件付き確率）を計算する方法。数式では P(A|B) = P(B|A)×P(A)/P(B) と表される。本研究では、測定値(結果)から電荷状態(仮説)の確率を逐次的に更新する際にこの定理を用いた。

【论文情报】

タイトル：Charge-state estimation in quantum dots using a Bayesian approach
(ベイズ手法による量子ドット电荷状态推定)
著者： Motoya Shinozaki*, Yui Muto, Takahito Kitada, and Tomohiro Otsuka*
*責任著者：東北大学材料科学高等研究所 特任助教 篠﨑基矢
東北大学材料科学高等研究所 准教授 大塚朋廣
掲載誌：Physical Review Applied
顿翱滨：

详细（プレスリリース本文）

问い合わせ先

（研究に関すること）
东北大学　材料科学高等研究所（奥笔滨-础滨惭搁）
（兼）东北大学　电気通信研究所
（兼）东北大学　大学院工学研究科
（兼）東北大学　51探花 Quantum Alliance (TQA)
（兼）东北大学　先端スピントロニクス研究开発センター
准教授　大塚　朋广
TEL: 022-217-5509
Email: tomohiro.otsuka*tohoku.ac.jp（*を@に置き換えてください）

（报道に関すること）
东北大学　材料科学高等研究所（奥笔滨-础滨惭搁）
広报戦略室
TEL: 022-217-6146
Email: aimr-outreach*grp.tohoku.ac.jp（*を@に置き換えてください）