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可干渉単一光子光源の多集積によるスケーラブル光量子回路の研究

Research Project

Project/Area Number 18J21667
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Optical engineering, Photon science
Research InstitutionThe University of Tokyo
Research Fellow 勝見 亮太  東京大学, 理学系研究科, 特別研究員(DC1)
Project Period (FY) 2018-04-25 – 2021-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2020)
Budget Amount *help
¥2,800,000 (Direct Cost: ¥2,800,000)
Fiscal Year 2020: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2019: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2018: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Keywords量子ドット / 集積量子フォトニクス / シリコンフォトニクス / 転写プリント / ハイブリッド集積 / 単一光子源 / 光量子回路 / 単一光子 / 集積フォトニクス
Outline of Annual Research Achievements

光を用いた量子情報処理の高度化に向けて、必要な素子すべてを小さなチップに集約する、集積量子光回路に関する研究が急速に進められている。特にシリコン(Si)フォトニクスを活用する集積量子光回路は、CMOS技術と呼ばれる成熟した加工技術に基づいた光回路の大規模化・多機能化・高品質化が期待される点で極めて有望である。一方、スケーラブルな光量子情報処理を光回路上で実現する上で、決定論的に動作可能な固体量子光源の集積は重要な課題である。中でも化合物半導体量子ドット(QD)は高純度な単一光子を決定論的かつ高速レートで発生できる優れた量子光源であり、既存の集積光回路上におけるQD光源のハイブリッド集積は、量子光回路のスケールアップを目指す上で非常に注目されている。しかし、従来のQD集積手法はその作製プロセスの複雑さから、最先端集積光技術との組合せがとりわけ困難であった。また加工プロセスの複雑さから、所望の特性を有するQD光源の集積や、そのチップ上での高効率な動作も課題であった。
上記の課題を一挙に解決すべく、申請者は転写プリント法と呼ばれる新しい集積手法を基軸としたQD光源の集積光回路上ハイブリッド集積技術の開発に取り組んできた。同手法を活用することで、QD光源―光導波路間の高い結合効率の実現、CMOSプロセスされたSi光回路上へのQD光源のハイブリッド集積に成功し、さらには複数QD光源を1つのSi光回路上に集積し、それらのチップ上相対波長制御にも成功した。また高効率な光子の取り出しに向けた一方向出力が可能なチップ上QD光源構造の実現や、光ファイバーの実装されたSi光回路に対するQD光源を集積など、開発した転写プリント技術を活用した発展的な実験にも取り組んだ。

Research Progress Status

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(3 results)
  • 2020 Annual Research Report
  • 2019 Annual Research Report
  • 2018 Annual Research Report

Research Products

(16 results)

All 2021 2020 2019 2018

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 2 results) Presentation (13 results) (of which Int'l Joint Research: 7 results)

  • [Journal Article] In situ wavelength tuning of quantum-dot single-photon sources integrated on a CMOS-processed silicon waveguide2020

    • Author(s)
      R. Katsumi, Y. Ota, A. Osada, T. Tajiri, T. Yamaguchi, M. Kakuda, S. Iwamoto, H. Akiyama, and Y. Arakawa
    • Journal Title

      Appl. Phys. Lett.

      Volume: 116 Pages: 041103-041103

    • DOI

      10.1063/1.5129325

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Quantum-dot single-photon source on a CMOS silicon photonic chip integrated using transfer printing2019

    • Author(s)
      R. Katsumi, Y. Ota, A. Osada, T. Yamaguchi, T. Tajiri, M. Kakuda, S. Iwamoto, H. Akiyama and Y. Arakawa
    • Journal Title

      APL Photonics

      Volume: 4 Pages: 036105-036105

    • DOI

      10.1063/1.5087263

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Transfer-printed single-photon sources coupled to wire waveguides2018

    • Author(s)
      R. Katsumi, Y. Ota, M. Kakuda, S. Iwamoto, and Y. Arakawa
    • Journal Title

      Optica

      Volume: 5 Pages: 691-691

    • DOI

      10.1364/optica.5.000691

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] 転写プリント法による通信波長帯量子ドット単一光子源のSi 導波路上集積2021

    • Author(s)
      勝見亮太
    • Organizer
      応用物理学会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] ファイバーピグテール付きSi導波路上への量子ドット-ナノ共振器結合系の転写プリント集積2020

    • Author(s)
      勝見亮太
    • Organizer
      応用物理学会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] Efficient single photon sources transfer-printed on Si with unidirectional light output2020

    • Author(s)
      Ryota Katsumi
    • Organizer
      Conference on Lasers and Electro-Optics (CLEO 2020)
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Si光回路上に集積された複数量子ドット光源の局所発光波長制御2019

    • Author(s)
      勝見亮太
    • Organizer
      応用物理学会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 一方向出射が可能なSi光導波路集積型量子ドット単一光子源の設計2019

    • Author(s)
      勝見亮太
    • Organizer
      応用物理学会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] Quantum-dot single-photon source transfer-printed on a CMOS-processed silicon waveguide2019

    • Author(s)
      Ryota Katsumi
    • Organizer
      Conference on Lasers and Electro-Optics (CLEO 2019)
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Local tuning of transfer-printed quantum-dot single-photon sources on a CMOS silicon chip2019

    • Author(s)
      Ryota Katsumi
    • Organizer
      Microoptics Conference (MOC2019)
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Quantum-dot-based single-photon source on a photonic waveguide integrated using transfer printing2019

    • Author(s)
      Ryota Katsumi
    • Organizer
      Frontiers in Quantum Materials and Devices workshops (FQMD 2019)
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Si光回路上に集積された複数量子ドット光源の局所発光波長制御2019

    • Author(s)
      勝見亮太
    • Organizer
      第66回応用物理学会春季学術講演会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] Transfer-printed Quantum-dot Single Photon Sources for Efficient Waveguide Coupling2018

    • Author(s)
      Katsumi Ryota
    • Organizer
      International Conference on Nano-photonics and Nano-optoelectronics (ICNN2018)
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Quantum dot single photon sources transfer-printed on wire waveguides2018

    • Author(s)
      Katsumi Ryota
    • Organizer
      Conference on Lasers and Electro-Optics (CLEO 2018)
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Integration of multiple quantum-dot single-photon sources on a photonic waveguide by transfer printing2018

    • Author(s)
      Katsumi Ryota
    • Organizer
      10th Biannual Conference on Quantum Dots (QD 2018)
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 転写プリント法によるシリコン導波路上への量子ドット単一光子源の集積2018

    • Author(s)
      勝見亮太
    • Organizer
      第79回応用物理学会秋季学術講演会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report

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Published: 2018-05-01   Modified: 2021-12-27  

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