微小球光キャビティとナノワイヤ振動子による巨視的フォノン量子もつれ状態の生成
| Project/Area Number |
21H01023
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 13020:Semiconductors, optical properties of condensed matter and atomic physics-related
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| Research Institution | NTT Basic Research Laboratories |
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Principal Investigator |
岡本 創 日本電信電話株式会社NTT物性科学基礎研究所, フロンティア機能物性研究部, 特別研究員 (20350465)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
浅野 元紀 日本電信電話株式会社NTT物性科学基礎研究所, フロンティア機能物性研究部, 研究主任 (60867224)
章 国強 日本電信電話株式会社NTT物性科学基礎研究所, フロンティア機能物性研究部, 主任研究員 (90402247)
太田 竜一 日本電信電話株式会社NTT物性科学基礎研究所, フロンティア機能物性研究部, 主任研究員 (90774894)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥17,940,000 (Direct Cost: ¥13,800,000、Indirect Cost: ¥4,140,000)
Fiscal Year 2023: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000)
Fiscal Year 2022: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000)
Fiscal Year 2021: ¥11,180,000 (Direct Cost: ¥8,600,000、Indirect Cost: ¥2,580,000)
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| Keywords | 振動子 / 光 / キャビティ / もつれ / 近接場 / 光共振器 / ナノワイヤ / 振動 / 近接 / 光キャビティ / 結合 / 量子もつれ |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では、従来手法と比べて簡便かつ個別の電気/光配線が不要な固体振動子（巨視的フォノン系）間の量子もつれ生成手法を提案実証する。具体的には、半導体基板上にボトムアップ成長した２個ないしは複数の自立型ナノワイヤ振動子を用意し、これらの量子極限における超高感度変位検出を可能とする球状シリカ光キャビティと近接場結合させる。基板に取り付けたポジショナを用いてナノワイヤと光キャビティとの近接間隔を周期変調することにより光機械結合を制御し、互いのナノワイヤ振動子が“もつれた（相関した）”状態を生成する。このアプローチにより、従来手法と比べて簡便であり多体系への展開も可能な本手法の有効性を実証する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
2018年に報告された２つの固体振動子間の量子もつれ生成は、量子応用へ向けた重要な成果として注目されるが、共振器と振動子をパラメトリックに結びつけなければならず、振動子の周波数が共振器の共鳴線幅を上回るresolved sideband条件が必要となる。このような条件が不要な有効な手法があれば、使用できる構造や周波数領域が格段に広がり、振動子系を用いた量子応用展開が大きく広がる。本研究では上記の課題を取り上げ、resolved sideband条件が不要な新しい量子もつれ生成手法の提案と実証に取り組んだ。具体的には、微小光キャビティの近接場光を用いた手法を提案し、ナノワイヤ振動子系への適用によりその実験実証を試みた。
研究期間中には、量子極限変位計測に必要となる超高Q値キャビティの作製や、これを振動体へ近接させた際のQ値劣化問題を解決するラマン増幅を用いた変位計測手法を提案・実証することに成功した。しかしながら、量子もつれ生成に必要となる近接間隔の高速変調に技術的な課題が生じ、期間内での目標達成には至らなかった。一方、研究の過程において高Q値キャビティが連結した新規オプトメカニカル構造を創出することに成功し、これを用いた液中環境での超高感度な振動計測を実現した。
今回提案・実証した光キャビティのラマン増幅を用いた近接場変位測定手法は様々な材質や形状から成る振動体へと適用できる汎用性の高い計測手法であり、従来のキャビティオプトメカニクス研究をこれまでにない新規系へと展開できる可能性を広げる。また、連結キャビティ構造を用いた高感度液中計測技術は、従来キャビティオプトメカニクス技術の適用が困難であった液体環境での研究展開を可能とする新技術であり、センサ・材料開発・創薬などの応用の他、液体界面の物理探索や局所的な液中反応の解明など、新たな研究領域の開拓につながる。
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| Research Progress Status |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(3 results)
Research Products
(37 results)
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[Presentation] Acoustic control of optical excitation of rare-earth ions2023
Author(s)
R. Ohta, G. Lelu, X. Xu, T. Inaba, K. Hitachi, Y. Taniyasu, H. Sanada, A. Ishizawa, T. Tawara, K. Oguri, H. Yamaguchi, and H. Okamoto
Organizer
The 2023 CLEO Conference
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Organizer
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