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三次元フォトニック結晶を用いた円偏光制御の実現と三次元光量子回路への応用

Research Project

Project/Area Number 16J09150
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Electron device/Electronic equipment
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

田尻 武義  東京大学, 工学系研究科, 特別研究員(PD)

Project Period (FY) 2016-04-22 – 2018-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2017)
Budget Amount *help
¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,300,000)
Fiscal Year 2017: ¥600,000 (Direct Cost: ¥600,000)
Fiscal Year 2016: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Keywords三次元フォトニック結晶 / 円偏光 / スピン / 量子情報 / 光回路 / 光の角運動量 / マイクロマニピュレーション / スピン量子情報
Outline of Annual Research Achievements

【研究背景】三次元フォトニック結晶(3D PC)は、光波長程度の屈折率周期性を三次元的に材料に与えることで、偏光状態によらない全方位光禁制帯を実現した人工構造である。結晶欠陥を人工的に導入することで集積光回路への応用が可能となる。3D PC構造は、構造の三次元性から螺旋状の欠陥構造を導入することができ、円偏光などの角運動量を有する光の導波など高度な光制御が可能となる。

【研究目的・手法・課題】本研究では、角運動量を有する光を3D PCを用いて制御することによって、電子のスピン量子状態と結合した光回路「量子円偏光回路」への応用を目的としている。作製手法として、原子と同様の振る舞いをする半導体量子ドットを3D PC構造中に導入できる「マイクロマニピュレーション法」に着目しており、昨年度は、3D PCに集積された最初の集積光回路の実験実証に成功している。

【研究成果概要】本年度は、同手法を用いて作製可能な円偏光量子回路の回路素子の検討を行うと共に、光量子回路の3D PC構造中への実装方法を検討した。回路素子として、作製可能なストライプ積層型3D PC構造中に形成された螺旋欠陥光導波路を検討し、量子ドットが空間的にランダムに分布していても、電子スピンから光へ量子状態を転写できることを数値解析によって示した。光量子回路の実装方法に関しては、新たに「コヒーレントフィードバック方式」の概念を取り入れることを検討した。本方式は、制御する対象にフィードバックを施すだけの簡易な光回路で量子演算を実現する量子演算の実装方法である。オーストラリアの研究室と共同で、スクイーズ演算に関して、コヒーレントフィードバックにより演算損失の低減効果があることを数値解析によって示した。これは、螺旋欠陥光導波路を介したフィードバックを量子ドットに施すことで、様々な量子演算の実装に応用できると考えている。

Research Progress Status

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2017 Annual Research Report
  • 2016 Annual Research Report
  • Research Products

    (6 results)

All 2018 2017 2016 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results) Presentation (4 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results)

  • [Int'l Joint Research] オーストラリア国防大学(オーストラリア)

    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Journal Article] High-Q nanocavities in semiconductor-based three-dimensional photonic crystals2018

    • Author(s)
      S. Takahashi, T. Tajiri, K. Watanabe, Y. Ota, S. Iwamoto and Y. Arakawa
    • Journal Title

      Electronics Letters

      Volume: 54 Issue: 5 Pages: 305-305

    • DOI

      10.1049/el.2017.4542

    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Guiding of laser light from a nanocavity in a three-dimensional photonic crystal2017

    • Author(s)
      田尻武義
    • Organizer
      CLEO
    • Place of Presentation
      San Jose, USA
    • Year and Date
      2017-05-14
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] ナノ共振器レーザと導波路を集積した三次元フォトニック結晶光回路2017

    • Author(s)
      田尻武義
    • Organizer
      第 64 回応用物理学会春季学術講演会
    • Place of Presentation
      パシフィコ横浜、横浜市
    • Year and Date
      2017-03-14
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] 三次元フォトニック結晶に形成されたカイラル導波路における円偏光自然放出の解析2017

    • Author(s)
      田尻武義, 林文博, 太田泰友, 岩本敏, 荒川泰彦
    • Organizer
      応用物理学会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] 発光源と光導波路が集積された三次元フォトニック結晶の作製と光学特性評価2016

    • Author(s)
      田尻武義
    • Organizer
      第 77 回応用物理学会秋季学術講演会
    • Place of Presentation
      朱鷺メッセ、新潟市
    • Year and Date
      2016-09-13
    • Related Report
      2016 Annual Research Report

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Published: 2016-05-17   Modified: 2024-03-26  

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