2017 Fiscal Year Annual Research Report
固体ナノ構造における波長マネジメントを用いたオンデマンドもつれ光子源の研究
| Project/Area Number |
16H03821
|
|---|
| Research Institution | NTT Basic Research Laboratories |
|---|
Principal Investigator |
後藤 秀樹 日本電信電話株式会社NTT物性科学基礎研究所, 量子光物性研究部, 主席研究員 (10393795)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
俵 毅彦 日本電信電話株式会社NTT物性科学基礎研究所, 量子光物性研究部, 主幹研究員 (40393798)
国橋 要司 日本電信電話株式会社NTT物性科学基礎研究所, 量子光物性研究部, 研究員 (40728193)
眞田 治樹 日本電信電話株式会社NTT物性科学基礎研究所, 量子光物性研究部, 特別研究員 (50417094)
章 国強 日本電信電話株式会社NTT物性科学基礎研究所, 量子光物性研究部, 主任研究員 (90402247)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
|
| Keywords | もつれ光子 / 酸化エルビウム / 半導体ナノワイヤ / 量子ドット |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、量子情報処理の基本的な要素である、通信波長帯でのオンデマンドなもつれ光子源の実現を目的とし、固体ナノ構造の発光特性に着目し、その波長を始めとするスペクトル特性の高度な制御技術を確立させる。この成果を用い、高効率なもつれ光子発生装置を構築し、量子通信の大規模化、光量子コンピューティングなど量子情報の発展と実用化に貢献する。固体ナノ構造の作製、光非線形による波長変換、フォノン物性などの分野で学術的に貢献するとともに、量子情報にとどまらず、光・電子工学への応用を通して、近年・未来の技術的課題と社会的要請に応える。
以上の目的を達成するため、もつれ光子発生のための基礎的物性解明、および発生させるためのナノ構造作製に取り組んだ。具体的には、1.量子ドットから発生する単一光子を用いたもつれ光子対の発生、2. 酸化エルビウム（Er2O3）結晶を用いたもつれ光子対の発生、3. 高制御性ナノワイヤ量子ドット形成の3つの研究に取り組みそれぞれ成果が得られた。
1では、光子発生のために重要な、半導体でのスピン物性について成果を得た。2では、エルビウムでの電子の量子性の確認に成功した。3では、ナノ構造のサイズ制御をオリジナルな手法で行い、光学特性の評価を行った。それぞれ論文、国内外の会議、特許で発表した。特に、1に関しては、関連分野でハイインパクトジャーナルとして認知されている、Physical Review Letters誌での発表を実現させた。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
3つの研究項目で外部発表に至っている。量子ドットにおける単一光子発生に関しては、計画策定時には計画していなかった発生機構に深く関与するスピン物性に関して成果が得られている。酸化エルビウム、ナノワイヤ研究は、想定通りの成果が得られ、会議発表を行った内容を発展させて、論文投稿を行っている段階である。以上のことより、概ね順調に進展していると判断する。
|
| Strategy for Future Research Activity |
研究目的を達成するために、以下の３つの研究項目を推進する。
『研究項目１：量子ドットから発生する単一光子を用いたもつれ光子対の発生』これまでの成果を用いて、量子ドットから発生する光子を、光非線形効果によって波長変換を行い、通信波長帯のもつれ光子対の発生効率向上を目指す。非線形結晶の選定と、ポンプレーザの最適化を進め、効率向上のための手段を明らかにする。このために、1300nmをポンプにする場合と、1500nmをポンプにする場合との量子性の比較を行う。
『研究項目２：酸化エルビウム（Er2O3）結晶を用いたもつれ光子対の発生』発光波長の均一性にすぐれたEr2O3結晶を用い、発光過程の時間分布をフォトニック結晶を用いて均一化し、通信波長帯のもつれ光子対を発生させる。もつれ光子の性能を低下させるアップコンバージョン現象の抑制が可能なフォトニック結晶の設計および作製を行う。並行して、強結合状態実現のためのフォトニック結晶も作製する。
『研究項目３：高制御性ナノワイヤ量子ドット形成』 量子ドットの発光波長の分布を低減するため、ナノワイヤ技術を用いて、高制御性の量子ドットを実現する。自己触媒型のナノワイヤ作製法を用いて、高純度のナノワイヤ量子ドットを作製する。また、前期に引き続き、選択成長技術を用いて、ナノワイヤのサイズ、形成位置の制御技術の確立を目指す。
|
