二次元層状材料量子ドットにおける高速測定手法を実証 ─次世代量子コンピュータの実現へ向け、二次元材料量子ビットの研究基盤を構築─

2026-08-26 東北大学

東北大学と物質・材料研究機構の研究チームは、二層グラフェンや二硫化モリブデン(MoS₂)などの二次元材料量子ドットで、高感度な高周波反射測定を実現した。二次元材料の量子デバイスは電気抵抗が高く、量子状態を高速・高精度に読み出すことが難しかった。研究チームは、量子常誘電体チタン酸ストロンチウム(SrTiO₃)を用いた可変コンデンサを高周波共振回路に組み込み、高抵抗な量子ドットとのインピーダンス整合を実現。電子が1個ずつ出入りする電荷状態を高感度に検出できることを示した。また、スピン・バレー量子ビットに必要な磁場環境でも安定動作を確認した。本技術は、二次元材料を用いた量子ビットの高速読み出しを可能にし、量子コンピュータや量子デバイスの実用化に向けた基盤技術となることが期待される。

二次元層状材料量子ドットにおける高速測定手法を実証 ─次世代量子コンピュータの実現へ向け、二次元材料量子ビットの研究基盤を構築─
図1. (a) 本研究で用いた測定回路の概略図。 (b) 可変コンデンサを最適化し、量子デバイスのゲート電圧を変化させながら測定した高周波反射特性。

<関連情報>

完全インピーダンス整合が切り拓く二次元材料量子ドットにおける高感度高周波反射測定 Perfect impedance matching unlocks sensitive radio-frequency reflectometry in 2D material quantum dots

Motoya Shinozaki,Akitomi Shirachi,Yuta Kera,Tomoya Johmen,Shunsuke Yashima,Aruto Hosaka,Tsuyoshi Yoshida,Takeshi Kumasaka,Yusuke Kozuka & Tomohiro Otsuka
npj 2D Materials and Applications  Published:20 August 2026
DOI:https://doi.org/10.1038/s41699-026-00730-0  Early provide

Abstract

Two-dimensional (2D) materials are attractive platforms for realizing high-performance quantum bits (qubits). However, radio-frequency (RF) charge detection, which is a key technique for qubits readout, remains challenging in such systems. We demonstrate RF reflectometry with impedance matching for high-resistance quantum dot devices based on bilayer graphene and molybdenum disulfide. By integrating a tunable strontium titanate (SrTiO3) varactor into a resonant circuit, we achieve nearly perfect impedance matching, enabling sensitive charge detection. The demodulated RF signal clearly shows Coulomb oscillations, and the SrTiO3 varactor exhibits robustness against both magnetic fields and voltage noise on the varactor. Our results establish SrTiO3 varactors as effective tunable matching components for RF reflectometry in high-resistance 2D material quantum devices, providing a foundation for high-speed qubits readout.

0403電子応用
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