Science of photonic hybrid quantum systems

2019 Fiscal Year Final Research Report

• Project Area: Science of hybrid quantum systems
• Project/Area Number: 15H05868
• 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: The University of Tokyo
• Principal Investigator: Hirakawa Kazuhiko 東京大学, 生産技術研究所, 教授 (10183097)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 水落 憲和 京都大学, 化学研究所, 教授 (00323311) ; 岩本 敏 東京大学, 先端科学技術研究センター, 教授 (40359667) ; 早瀬 潤子 (伊師潤子) 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 准教授 (50342746) ; 赤羽 浩一 国立研究開発法人情報通信研究機構, ネットワークシステム研究所ネットワーク基盤研究室, 研究マネージャー (50359072)
• Project Period (FY): 2015-06-29 – 2020-03-31
• Keywords: 量子ナノ構造 / NV中心 / 量子ドット / フォトニック結晶 / 光共振器 / テラヘルツ電磁波 / MEMS / 量子光学

Outline of Final Research Achievements

In this research, we have realized novel high-sensitivity measurement technologies and high-performance devices by using the hybrid nature of different material systems and the interaction between different elementary excitations such as charges, spins, phonons, and photons. In particular, we have 1) developed ultra-sensitivity detection technologies in the nanometer scale regions by using nanogap electrodes and terahertz radiation as well as using diamond NV centers, 2) established the foundation of new nanophotonic devices using the concept of topology, 3) succeeded in detecting a very weak photon echo signal with femtosecond time resolution, and 4) realized a novel terahertz detector using mechanical vibration of MEMS resonators.

Free Research Field

量子ナノエレクトロニクス

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究では、ナノ構造に物質的、構造的あるいは物理量的なハイブリッド性を導入し、情報処理技術や計測技術に新しい可能性をもたらすことを目的に研究を行ってきた。今回得られた研究成果のうちの極微領域の磁場計測や１分子計測技術は量子情報処理技術に新しい可能性をもたらすとともに、医療や薬学、バイオ関係への応用にも変革をもたらすことが期待される。さらにトポロジーを用いたナノ光デバイスや量子ドットの研究は１チップ内での高度な光信号処理を可能にする技術的な飛躍をもたらすと期待されている。またMEMSを用いたテラヘルツ検出は我が国発の室温動作高感度・高速テラヘルツ検出器として大いに注目されている。