長距離電子スピン状態転送を実現する荷電状態制御単一光子素子の研究

• Project Area: Quantum cybernetics - interdisciplinary studies of quantum controls and developments toward quantum computing
• Project/Area Number: 24102707
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Sophia University
• Principal Investigator: 中岡 俊裕 上智大学, 理工学部, 准教授 (20345143)
• Project Period (FY): 2012-04-01 – 2014-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2013)
• Budget Amount: ¥11,700,000 (Direct Cost: ¥9,000,000、Indirect Cost: ¥2,700,000); Fiscal Year 2013: ¥5,850,000 (Direct Cost: ¥4,500,000、Indirect Cost: ¥1,350,000); Fiscal Year 2012: ¥5,850,000 (Direct Cost: ¥4,500,000、Indirect Cost: ¥1,350,000)
• Keywords: 量子ドット / 単一光子発生 / サイドゲート / 顕微発光分光 / ドライエッチング

Research Abstract

本研究では、自己形成量子ドットを含むp-i-nダイオード構造に対して、高度な電子制御が可能な縦型単電子素子と同構造であるサイドゲート型ピラー構造を作りこみ、単一量子ドットEL（電流注入発光）を得ることに成功した。本素子はp-, n-電極に加え、電子状態制御のためのサイドゲートを持つため、表面が金属でほぼ覆われ、従来の方法では、効率的な光取り出しは難しい。そこで今回、素子作製に加え、このためのフリップチップ型の実装を行い、裏面からの光子取り出し手法を開発し、低温(4-15K)、電流注入時においても、裏面から高解像度の素子像をえることができた。これにより、数百nmの発光領域にアクセスすることができる。実際にこの手法により、電流注入による単一ドットからのEL観測に成功した。本素子は、量子ドット中の電子状態制御と単一光子発生を両立することが可能であり、主要な量子伝送の担い手である“光子”をもちいて、主要な量子演算の担い手である“電子スピン”間の量子もつれ発生へ応用できる。本素子のゲート電圧印加により、スピン－光子量子もつれした単一光子が発生する電子状態へ制御し、その光子を2素子から発生させ、2光子干渉させると、理想的には1/4の確率でそれぞれの素子内の残存スピン間に量子もつれが生じると予想される。

Current Status of Research Progress

Reason

25年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

25年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] A single-electron probe for buried optically active quantum dot (2012)
  • Author(s): T. Nakaoka, K. Watanabe, N. Kumagai, and Y. Arakawa,
  • Journal Title: AIP Advances Volume: 2 Issue: 3
  • DOI: 10.1063/1.4738368
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 長距離電子スピン状態転送を実現する荷電状態制御単一光子素子の研究
  • Author(s): 中岡俊裕
  • Organizer: 量子サイバネティクス２０１３夏の全体会議(第９回総括班会議）
  • Place of Presentation: 東京
• [Presentation] 長距離電子スピン状態転送を実現する荷電状態制御単一光子素子の研究
  • Author(s): 中岡 俊裕
  • Organizer: 量子サイバネティクス２０１３冬の全体会議
  • Place of Presentation: 京都
• [Remarks] 上智大学理工学部機能創造理工学科中岡研究室
  • URL: http://pweb.sophia.ac.jp/nakaoka/nakaoka-jp.html
• [Remarks] 上智大学理工学部機能創造理工学科中岡研究室
  • URL: http://pweb.sophia.ac.jp/nakaoka/index.html