spin manipulation via single-photon entanglement

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20H02555
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 28020:Nanostructural physics-related
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: Sasakura Hirotaka 北海道大学, 工学研究院, 准教授 (90374595)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 足立 智 北海道大学, 工学研究院, 教授 (10221722) ; 小田島 聡 北海道大学, 電子科学研究所, 特任准教授 (20518451) ; 鍜治 怜奈 北海道大学, 工学研究院, 准教授 (40640751) ; 熊野 英和 新潟大学, 自然科学系, 教授 (70292042)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 量子情報 / スピントロニクス / 量子光学 / 半導体量子ドット

Outline of Final Research Achievements

The research aim is to develop foundational technology for the formation of quantum networks. With the aim of forming a quantum network and constructing a quantum channel resistant to disturbances, we developed a quantum dot-embedded optical fiber device that is highly compatible with existing optical communication networks. By fabricating a two-layer wire grid on the growth film of the semiconductor quantum dots and attaching it to single-mode polarization fibers with orthogonal polarization planes, we suppressed polarization disturbance at the interface. Structural optimization through numerical simulations achieved an extinction ratio of four orders of magnitude. Additionally, we constructed an experimental system for single-mode teleportation using the entanglement between a phase-stabilized single photon and the vacuum field.

Free Research Field

半導体スピン物性

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

量子ネットワークの形成には, 環境擾乱に対して強固な量子チャネルの開発が必要不可欠である. 本研究ではこの課題に対し, クロスニコル型量子ドット結合光ファイバーデバイスの開発を実施し, 光子数状態生成源の量子性を高め, シングルモードテレポテーションの原理を基に, 真空場と単一光子による量子もつれ状態を形成させ, 環境擾乱への耐性を精査した. 本研究を通して, 現行の光ファイバー通信網を利用した量子チャネルの実装に向けた, ローコスト且つ高耐久な光ファイバーデバイスの実現の可能性を示した.