Investigation of single photon quantum optical circuits implemented on semiconductor chips

2019 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 16K06294
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Research Field: Electron device/Electronic equipment
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: Ota Yasutomo 東京大学, ナノ量子情報エレクトロニクス研究機構, 特任准教授 (90624528)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2020-03-31
• Keywords: 単一光子源 / 量子ドット / フォトニック結晶 / 転写プリント / 光集積回路 / ハイブリッド集積

Outline of Final Research Achievements

We investigated integration technologies of quantum-dot single photon sources on semiconductor-based photonic integrated circuits, and performed quantum optical experiments on the photonic chips. We studied transfer printing for performing the photonic integration and succeeded in integrating nanocavity-based single photon sources on photonic waveguides with positioning accuracy better than ±50nm. We clarified that such photonic structures can achieve coupling efficiencies exceeding 99% based on electromagnetic simulations. Experimentally, we fabricated various integrated devices using semiconductor nanofabrication processes together with transfer printing, and demonstrated single photon generation on chip, integration of multiple sources on a single chip and in-situ independent wavelength tuning of the integrated single photon sources.

Free Research Field

半導体ナノフォトニクス

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

転写プリント法によりナノ共振器光源を光回路上へ的確に集積できることを示した点は大変意義深い。同手法は、その他のナノ光素子へも容易に適用できる。今後、多様な光素子の自在集積が可能である稀有な光集積技術として活用されていくことが期待できる。また、同技術を用いて光源を作製した場合でも、非常に高い光源効率が実現可能であることを示した点も重要である。本研究での成果が、量子技術に要求される高性能量子光源の開発に活用できることを示唆している。