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高純度かつ高耐性な単一光子発生源の探求

研究課題

研究課題/領域番号 17K06396
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
研究分野 電子デバイス・電子機器
研究機関北海道大学 (2018-2019)
八戸工業大学 (2017)

研究代表者

小田島 聡  北海道大学, 電子科学研究所, 特任助教 (20518451)

研究分担者 笹倉 弘理  北海道大学, 工学研究院, 准教授 (90374595)
研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2020-03-31
研究課題ステータス 完了 (2019年度)
配分額 *注記
4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円)
2019年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2018年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2017年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
キーワード量子ドット / 単一光子 / 光量子デバイス / 半導体量子ドット / 金属埋め込み / 多チャンネル化 / 発光波長チューニング / 共鳴励起 / 長期安定性 / マイクロ・ナノデバイス / 半導体超微細化
研究成果の概要

本研究は、量子暗号鍵配送技術に基づく量子情報通信を実験室段階から実際の通信網への応用へと昇華・発展させるため、既存の光ファイバー通信網への接続効率が高く且つ振動や温度変化など外乱に対し強固で恒久的利用が可能な単一光子源を実現することを目的としている。微細加工技術を駆使し、分子線エピタキシー法により成長された半導体量子ドット(QD)試料をナノスケールの柱状格子状に成形し、そのQD試料を光ファイバー端面に直接接続するタイプの単一光子発生源を開発した。柱状格子構造の最適化によりファイバー端面に接続するQD数を1~数個程度に制御し、数日間に及ぶ連続的・安定的な単一光子発生を実現するに至った。

研究成果の学術的意義や社会的意義

現在の情報通信における暗号通信方式は、解読に要する膨大な計算コストにより安全性が確保されているが、量子コンピュータに代表される新奇の計算技術・解読アルゴリズムの出現により必ずしも安全とは言い難い。これに対し量子暗号通信は、量子力学的な現象である観測による波束の収縮を用いるので、原理的にありとあらゆる盗聴が検知可能であり情報通信の恒久的な安全性を保証する。光子による量子暗号通信では純度の高い単一光子の生成が成功の鍵となるが、本研究では単一光子を高純度且つ長期間安定的に生成することに成功しており、量子情報通信の根幹をなす量子の安定的供給に大いに寄与する研究成果となっている。

報告書

(4件)
  • 2019 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2018 実施状況報告書
  • 2017 実施状況報告書
  • 研究成果

    (11件)

すべて 2019 2018 2017

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (10件) (うち国際学会 2件、 招待講演 2件)

  • [雑誌論文] Fiber-coupled pillar array as a highly pure and stable single-photon source2017

    • 著者名/発表者名
      S. Odashima, H. Sasakura, H. Nakajima, H. Kumano
    • 雑誌名

      Journal of Applied Physics

      巻: 122 号: 22 ページ: 223104-223104

    • DOI

      10.1063/1.4995225

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 光ファイバー接続型量子ドットを用いた高純度単一光子状態の生成2019

    • 著者名/発表者名
      笹倉弘理, 小田島聡
    • 学会等名
      第80回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Directional single photon emitter made by semiconductor quantum dots with a metal reflector2019

    • 著者名/発表者名
      S. Odashima, H. Sasakura
    • 学会等名
      The 20th RIES-Hokudai International Symposium
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Semiconductor single photon source with a metal reflector2019

    • 著者名/発表者名
      S. Odashima, H. Sasakura, Y. Matsuo
    • 学会等名
      International Symposium of RIES & CEFMS
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 単一量子ドット物性の歪みチューニングに向けたデバイスの作製と評価2019

    • 著者名/発表者名
      石田太郎, 鍜治怜奈, 小田島聡, 足立智
    • 学会等名
      第54回応用物理学会北海道支部会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] 単一量子ドットでの正孔g因子の歪みチューニングに向けたデバイスの作製と評価2019

    • 著者名/発表者名
      石田太郎, 松崎亮典, 鍜治怜奈, 小田島聡, 海住英生, 西井準治, 足立智
    • 学会等名
      第66回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] Semiconductor quantum dot nano-array as a single-photon source directly coupled to a fiber2018

    • 著者名/発表者名
      S. Odashima, H. Sasakura, H. Kumano, H. Nakajima
    • 学会等名
      European Advanced Materials Congress (EAMC2018)
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Fiber array coupled semiconductor quantum dots for single photon emitter2018

    • 著者名/発表者名
      Y. Suzuki, S. Odashima, S. Kamono, K. Oomiya, H. Sasakura
    • 学会等名
      第37回電子材料シンポジウム
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] Single photon emission by a quantum dots coupled fiber array2018

    • 著者名/発表者名
      S. Odashima, H. Sasakura, Y. Suzuki, S. Kamono, K. Oomiya, Y. Matsuo
    • 学会等名
      The 19th RIES-HOKUDAI International Symposium
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] ピラー型微細形状を有するQDinFアレイを用いた光子数状態の生成2018

    • 著者名/発表者名
      笹倉弘理、小田島聡、大宮寛太、熊野英和
    • 学会等名
      第65回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] Discrimination of exciton complexes in quantum-dot-in-fiber by photon correlations2017

    • 著者名/発表者名
      H. Sasakura, S. Odashima, H. Nakajima, H. Kumano
    • 学会等名
      International Conference on Optics of Excitons in Confined Systems
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会

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公開日: 2017-04-28   更新日: 2021-02-19  

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