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固体光源から発生する光子対の量子もつれに関する研究とその量子情報応用

Research Project

Project/Area Number 24226007
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (S)

Allocation TypeSingle-year Grants
Research Field Electronic materials/Electric materials
Research InstitutionHokkaido University

Principal Investigator

末宗 幾夫  北海道大学, 電子科学研究所, 教授 (00112178)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 赤羽 浩一  独立行政法人情報通信研究機構, 通信研究機構, 研究員 (50359072)
熊野 英和  北海道大学, 電子科学研究所, 准教授 (70292042)
笹倉 弘理  北海道大学, 創成研究機構, 特任助教 (90374595)
Project Period (FY) 2012-05-31 – 2017-03-31
Project Status Adopted (Fiscal Year 2013)
Budget Amount *help
¥85,800,000 (Direct Cost: ¥66,000,000、Indirect Cost: ¥19,800,000)
Fiscal Year 2013: ¥42,640,000 (Direct Cost: ¥32,800,000、Indirect Cost: ¥9,840,000)
Fiscal Year 2012: ¥43,160,000 (Direct Cost: ¥33,200,000、Indirect Cost: ¥9,960,000)
Keywords量子ドット / 単一光子 / 量子もつれ / 光子対 / 量子情報 / クーパー対 / 微小光共振器 / 金属埋め込み
Research Abstract

本研究では、これまで進めてきた金属埋め込み構造による単一光子発生と単一光子純度の向上、光子取り出し効率の増大量子もつれ光子対の同時生成に関する研究とその量子情報応用に関する検討を進める。
本年度は特に長距離の量子情報通信で重要な単一光子発生純度の向上に向けて、これまで用いられてきた理論的な評価方法に根本的な問題点があることを指摘し、新たな評価方法を提示した。これによって、単一光子純度を示す2次の相関関数の値g(2)(τ=0)の値として、発光波長950nm帯のInAs/GaAs系量子ドットを使って世界最低レベルの0.003を実現した。さらにこれをナノコーン構造に加工して金属(銀)に埋め込むことにより、ごく最近光子取り出し効率として24%と高い量子効率を実現した。また発光波長1550nm帯のInAs/InP系量子ドットを銀の中に埋め込み,30倍以上の発光増強を確認し、現在その光子取り出し量子効率の絶対値の見積もりを進めている。
超伝導体から電子クーパー対を半導体量子ドットへ注入し、電子対の同時再結合により量子もつれ光子対の同時発生を目指す研究は、これまで量子井戸構造の評価にとどまっていた。本年,一度に一対の光子対を生成するのに欠かせない量子ドット構造を含むn型ドープ半導体構造に電子クーパー対を注入し、超伝導体に近接するバリア層において電子クーパー対の発光再結合による発光増強の再現に成功した。現在量子ドットへの電子クーパー対注入の確認実験を進めている。
量子ドットから光子対を同時生成するもう一つの方法として、微小光共振器を用いる方法が提案されている。我々の提案する金属埋め込み構造は、発生した光子対を同じ確率で表面から取り出すことができ量子情報に応用しやすい特長を持つ。本年度,金属埋め込み構造としては世界最高の共振Q値7000を観測し,現在さらに検討を進めつつある。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

翌年度交付申請を辞退するために記入しない。

Strategy for Future Research Activity

翌年度交付申請を辞退するために記入しない。

Report

(1 results)
  • 2012 Annual Research Report
  • Research Products

    (25 results)

All 2013 2012 Other

All Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 5 results) Presentation (19 results) (of which Invited: 4 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] “Temperature Dependent Carrier Dynamics in Telecommunication Band InAs Quantum Dots and Dashes Grown on InP Substrates”2013

    • Author(s)
      N. A. Jahan, C. Hermannstaedter, J.-H. Huh, H. Sasakura, T. J. Rotter, P. Ahirwar, G. Balakrishnan, K. Akahane, M. Sasaki, H. Kumano, and I. Suemune
    • Journal Title

      J. Appl. Phys.

      Volume: 113 Issue: 3 Pages: 33506-33506

    • DOI

      10.1063/1.4775768

    • NAID

      120005228222

    • Related Report
      2012 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Carrier Dynamics and Photoluminescence Quenching Mechanism of Strained InGaSb/AlGaSb Quantum Wells2013

    • Author(s)
      N. A. Jahan, C. Hermannstaedter, H. Sasakura, T. J. Rotter, P. Ahirwar, G. Balakrishnan, H. Kumano, and I. Suemune
    • Journal Title

      J. Appl. Phys.

      Volume: 113 Issue: 5 Pages: 53505-53505

    • DOI

      10.1063/1.4789374

    • NAID

      120005394537

    • Related Report
      2012 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] “Bright Single-photon Source Based on an InAs Quantum Dot in a Silver-embedded Nanocone Structure”2013

    • Author(s)
      X. Liu, T. Asano, S. Odashima, H. Nakajima, H. Sasakura, H. Kumano, and I. Suemune
    • Journal Title

      Appl. Phys. Lett.

      Volume: 102 Issue: 13 Pages: 131114-131114

    • DOI

      10.1063/1.4801334

    • Related Report
      2012 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] “Silver Embedded Nano-Mesas for 1.55 μm Single Quantum Dot Emitters”2012

    • Author(s)
      Jae-Hoon HUH, Claus HERMANNSTAEDTER, Kouichi AKAHANE, Nahid A. JAHAN, Masahide SASAKI, and Ikuo SUEMUNE
    • Journal Title

      Jpn. J. Appl. Phys.

      Volume: 51 Issue: 6S Pages: 1184-1200

    • DOI

      10.1143/jjap.51.06ff12

    • Related Report
      2012 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Anomalous dip observed in intensity autocorrelation function as an inherent nature of single-photon emitters2012

    • Author(s)
      中島秀朗、 熊野英和、 飯島仁史、 末宗幾夫
    • Journal Title

      Applied Physics Letters

      Volume: 101 Issue: 16 Pages: 161107-161107

    • DOI

      10.1063/1.4760222

    • Related Report
      2012 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] “Optical Design for High-efficiency Solar Cells”2013

    • Author(s)
      Ikuo Suemune
    • Organizer
      Energy Materials Nanotechnology (EMN) West Meeting
    • Place of Presentation
      Hilton Houston Post Oak, Houston, USA
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] “Extended Second-order Intensity Autocorrelation Function for the Precise Evaluation of Multi-photon contribution in a Single Photon Emitter”2013

    • Author(s)
      H. Kumano
    • Organizer
      3rd International Conference on Quantum Information and Technology (ICQIT 2013)
    • Place of Presentation
      National Institute of Informatics, Tokyo, Japan
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] “Photon extraction from semiconductors embedded in metal and coupling to optical fibers”2013

    • Author(s)
      Ikuo Suemune
    • Organizer
      SPIE Photonic West 2013
    • Place of Presentation
      Moscone Center, San Francisco, USA
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] “Bright Single-photon Source Based on an InAs Quantum Dot in a Metal-embedded Nanocone Structure”2013

    • Author(s)
      X. Liu
    • Organizer
      The 40th International Symposium on Compound Semiconductors
    • Place of Presentation
      Kobe Convention Center, Kobe, Japan
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] “Telecommunication-band Single-photon Emission from an InAs Quantum Dot in a Pillar Structure”2013

    • Author(s)
      X. Liu
    • Organizer
      The 25th International Conference on Indium Phosphide and Related Materials
    • Place of Presentation
      Kobe Convention Center, Kobe, Japan
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] “Fabrication and Characterization of Semiconductor Nanostructures for Their Quantum Information Applications”2013

    • Author(s)
      Ikuo Suemune
    • Organizer
      The Collaborative Conference on Materials Research (CCMR) 2013
    • Place of Presentation
      Ramada Plaza Jeju Hotel, Jeju Island, South Korea
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 「単一モード光ファイバー直接接合型彦点光源の開発」2013

    • Author(s)
      笹倉弘理
    • Organizer
      2013年 (平成25年) 春季第60回応用物理学関係連合講演会
    • Place of Presentation
      神奈川工科大学( 厚木市)
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] An efficient single-photon source based on a metal-embedded nanocone structure incorporating an InAs quantum dot2013

    • Author(s)
      X. Liu
    • Organizer
      2013年 (平成25年) 春季第60回応用物理学関係連合講演会
    • Place of Presentation
      神奈川工科大学( 厚木市)
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] “Effect of Interfacial Misfit (IMF) Arrays on The Optical Properties of GaSb/AlGaSb Multiple Quantum Wells Grown on Buffer Free GaSb/GaAs Heterojunctions”2012

    • Author(s)
      N. A. Jahan
    • Organizer
      Electronic Materials Conference 2012
    • Place of Presentation
      Pennsylvania State University, State College, Pennsylvania, USA
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] “Charging and Discharging of Neutral Exciton State in a Single Quantum Dot Selectively Excited under Quasi-resonant Excitation”2012

    • Author(s)
      H. Nakajima
    • Organizer
      31th International Conference on the Physics of Semiconductors 2012
    • Place of Presentation
      ETH(Eidgenossische technische Hochschule) Zurich, Zurich, Switzerland
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] “General Photon Autocorrelation Function including Carrier Repopulation Process in Single-Photon Emitters”2012

    • Author(s)
      H. Nakajima
    • Organizer
      39th International Symposium on Compound Semiconductors
    • Place of Presentation
      University of California Santa Barbara, California, USA
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] “Fabrication of the Metal Slit Pattern for Angle Controlled Lateral Electric Field to InAs/GaAs QDs and Their Optical Properties”2012

    • Author(s)
      S. Odashima
    • Organizer
      25th International Microprocesses and Nanotechnology Conference (MNC2012)
    • Place of Presentation
      Kobe Convention Center, Kobe, Japan
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] “Growth of Semiconductor Quantum Dots by Metal Organic Molecular Beam Epitaxy and Control of Exciton Fine Structure Splitting for Controlled Photon Emitters”2012

    • Author(s)
      S. Odashima
    • Organizer
      2012 Collaborative Conference on Crystal Growth
    • Place of Presentation
      Doubletree Hilton, Orlando, Florida, USA
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 「単一光子光源評価のための強度自己相関関数の一般化―量子2準位における分布相関の効果―」2012

    • Author(s)
      熊野英和
    • Organizer
      電子情報通信学会 第27回量子情報技術研究会(QIT27)
    • Place of Presentation
      慶應義塾大学日吉キャンパス( 横浜市)
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] 「光子統計評価における2次自己相関関数の一般化」2012

    • Author(s)
      熊野英和
    • Organizer
      2012年 (平成24年) 秋季第73回応用物理学関係連合講演会
    • Place of Presentation
      愛媛大学( 松山市)
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] 「InP/InGaAlAs選択エッチングによる半導体コーン構造の金属埋め込み表面平坦化の改善」2012

    • Author(s)
      浅野智也
    • Organizer
      2012年 (平成24年) 秋季第73回応用物理学関係連合講演会
    • Place of Presentation
      愛媛大学( 松山市)
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] Reduction of Interdot Coupling and Photoluminescence Quenching in Telecommunication Band Low Density InAs Quantum Dots Grown on InP (311)B2012

    • Author(s)
      N. A. Jahan
    • Organizer
      2012年 (平成24年) 秋季第73回応用物理学関係連合講演会
    • Place of Presentation
      愛媛大学( 松山市)
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] 「量子ドット横電場印加における角度制御型電極構造の作製と光学評価」2012

    • Author(s)
      小田島聡
    • Organizer
      2012年 (平成24年) 秋季第73回応用物理学関係連合講演会
    • Place of Presentation
      愛媛大学( 松山市)
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] 「半導体量子ドットを用いた量子もつれ光子対の生成」

    • Author(s)
      黒田 隆
    • Organizer
      電子情報通信学会 光.量子エレクトロニクス(LQE)研究会
    • Place of Presentation
      金沢大学( 金沢市)
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
    • Invited
  • [Remarks] 北海道大学電子科学研究所ナノ光機能材料研究分野

    • URL

      http://nanophoto.es.hokudai.ac.jp/

    • Related Report
      2012 Annual Research Report

URL: 

Published: 2012-11-27   Modified: 2019-07-29  

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