酸化亜鉛量子ドットによる電荷検出・高周波反射測定と少数電子二重量子ドット形成に成功 ─新材料次世代量子コンピューターに向けた研究加速に期待─

2026-07-23 東北大学

東北大学、物質・材料研究機構、東京大学の研究グループは、酸化亜鉛(ZnO)半導体量子ドットにおいて、量子ドットを利用した電荷検出と高周波反射測定(RFリフレクトメトリー)を世界で初めて実証した。さらに、この測定技術を用いて、半導体スピン量子ビットの実現に不可欠な少数電子二重量子ドットの形成を確認した。酸化亜鉛は核スピンを持つ原子が少ないため電子スピンの情報を長時間保持できる可能性があり、加えて直接遷移型半導体として光との相互作用も利用できることから、次世代量子コンピューター材料として注目されている。本研究により、従来困難だった酸化亜鉛量子ドットの高精度・高速評価を可能にする実験基盤が整備され、今後はスピン緩和時間などの量子特性の詳細な評価や、光・電子スピンを組み合わせた新しい量子ビットの研究が加速すると期待される。

酸化亜鉛量子ドットによる電荷検出・高周波反射測定と少数電子二重量子ドット形成に成功 ─新材料次世代量子コンピューターに向けた研究加速に期待─
図1. (a) 今回の実験で用いた酸化亜鉛デバイスのゲート電極構造。(b) 少数電子二重量子ドットの形成を示す電荷状態安定図。

<関連情報>

無線周波数反射率測定法による少数電子ZnO二重量子ドットの電荷検出 Charge sensing of few-electron ZnO double quantum dots probed by radio-frequency reflectometry

Kosuke Noro, Motoya Shinozaki, Yusuke Kozuka, Koichi Baba, Kazuma Matsumura, Yoshihiro Fujiwara, Takeshi Kumasaka, Atsushi Tsukazaki, Masashi Kawasaki et al.
Physical Review Applied  Published: 21 July, 2026
DOI: https://doi.org/10.1103/mnt5-s859

Abstract

Zinc oxide (ZnO) has garnered much attention as a promising material for quantum devices due to its unique characteristics. To utilize the potential of ZnO for quantum devices, the development of fundamental technological elements such as high-speed readout and charge sensing capabilities has become essential. In this study, we address these challenges by demonstrating radio-frequency (rf) reflectometry and charge sensing in ZnO quantum dots, thus advancing the potential for qubit applications. A device is fabricated on a high-quality ZnO heterostructure, featuring gate-defined target and sensor quantum dots. The sensor dot, integrated into an rf resonator circuit, enables the detection of single-electron charges in the target dots. Using this setup, we observe the rf-detected charge stability diagram indicating the formation of few-electron double quantum dots and provide the first benchmark of the bandwidth, sensitivity, and readout fidelity of rf reflectometry.

0403電子応用
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