2017 Fiscal Year Annual Research Report
量子ドット内蔵光ファイバーを用いた光子を介する遠隔電子スピン間制御
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16H03817
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
笹倉 弘理 北海道大学, 工学研究院, 准教授 (90374595)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
近藤 憲治 北海道大学, 電子科学研究所, 准教授 (50360946)
熊野 英和 新潟大学, 自然科学系, 教授 (70292042)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 量子情報 / 量子光学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本申請研究の目的として掲げた光子を中継媒体とした遠隔スピンネットワークの創成に向け、単一モード光ファイバーとスピン源としての半導体量子ドット(QD)間の結合デバイス(Quantum Dot in Fiber: QDinF)の開発に着手した。平成28年度において離散化した内部エネルギーを取っている半導体量子ドット (QD) 成長膜をナノピラーアレイ化し、単一モード光ファイバー (SMF) に直接接合させた構造(QDinF) を作製し、単一光子の高純度発生及び, 長時間耐久性・安定性を検証した。平成29年度は前年度の成果を基に、研究計画(平成29年度)の項目3「プログラマブルな遠隔スピン間相互作用の形成」、4「スピンネットワークを用いた情報処理プロトコルの探索」に関連して、QDinFデバイスのネットワークの形成への展開を念頭に、12芯SMFアレイを用いた単一光子の並列発生に着手した。直径300nm、2.5um間隔のピラーアレイを1mmx6mmの領域に微細加工を施した後、12芯SMFアレイモジュールヘッドと接続した。平成28年度は市販の光ファイバーアダプタを用いてQD試料とSMFを密着させていたが、12芯SMFアレイモジュールヘッドの形状が特殊なため、アルミハウジングを作製し使用した。液体ヘリム中へアルミハウジング毎設置し、単一QDの発光であることを示す離散ピークの観測及び単一光子発生を示すアンチバンチング特性を二次の光子相関信号により確認した。上記QDinFデバイスの開発と並行し、項目4に関連して自由空間中での全偏光解析による単一QDの発光基底を詳細に調査した。理想的な円偏光基底ではなく楕円偏光基底を多くのQDで取ることが明らかとなった。この原因としての観点から検討を進めている。これは項目4だけでなく、項目3の実施における歪印加中のスピン読み出し結果への補正に関する重要な知見である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
申請時の平成29年度以降の実施予定の研究計画は3.プログラマブルな遠隔スピン間相互作用の形成、4. スピンネットワークを用いた情報処理プロトコルの探索であった。
上記2項目の実施に関して、QDinFデバイスの並列動作が必要であるため、12芯ファイバーアレイモジュールを用いたQDinFアレイの開発に着手した。しかしながら12本の出力の中で良好な特性を示すものは4本程度であり、接続方法に課題が見つかった。これは12芯ファイバーアレイモジュールの形状が特殊であるため、平成28年度に使用した市販のファイバーアダプタを用いることが出来ず、アルミハウジングを試作する必要があった。作製したアルミハウジングの工作精度の不足、及びをアルミの熱膨張・収縮による位置ずれなどの観点から現在対策中である。
上記QDinFデバイスの開発と並行し、項目4に関連して光ファイバーの複屈折の不均一性に起因するスピン情報の劣化が無い自由空間中での検証に着手した。単一QD発光に対して全偏光解析を行い、発光基底の偏光状態を詳細に調査した結果、理想的な円偏光基底ではなく楕円偏光基底を多くの場合取ることが明らかとなった。この原因として歪誘起の価電子帯混合の観点から検討を進めている。これは項目4だけでなく、項目3の実施における歪印加中のスピン読み出し結果への補正に関する重要な知見である。
以上のように実施予定の項目に着手し、検討課題はあるものの、概ね良好な結果が得られた。
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| Strategy for Future Research Activity |
研究計画：平成30年度は前年度に引き続き, 量子ドット内蔵光ファイバー(QDinF)の改良を実施しつつ、「プログラマブルな遠隔スピン間相互作用の形成」「スピンネットワークを用いた情報処理プロトコルの探索」に着手する。
上記2項目の実施に向け、平成29年度で明らかとなったQDinFのアレイ化に対する課題への対策を実施し、並行して自由空間中での 項目4の(I)光による電子スピンの初期化に関連して非対称偏光型干渉計の構築に着手する。
研究実施体制 : 平成30年度も29年度と同様に2名の研究分担者と共に本申請研究を実施する。研究代表者である笹倉が研究進捗の取りまとめと, 半導体量子ドット(QD) を含む 分子線エピタキシャル成長・単一モード光ファイバー接続型QD(QD in Fiber : QDinF) 作製を担当する. QD の光子統計性, 基礎光学特性評価については笹倉と熊野が設備を相補的に活用しながら担当する. 光子を介した遠隔スピン間の相互作用形成及び実アニールの有効性に関しては, スピン物性理論の専門知識と経験を持つ近藤が理論検証を, 実験からのアプローチを笹倉が取り円滑に進める.
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Research Products
(3 results)
