量子ドット－ナノ共振器結合系における真空ラビ振動を用いた幾何学量子ゲートの実現

• 研究課題/領域番号: 18J13565
• 研究種目: 特別研究員奨励費
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 国内
• 研究分野: 光工学・光量子科学
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 車 一宏 東京大学, 先端科学技術研究センター, 特別研究員(PD)
• 研究期間 (年度): 2018-04-25 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 1,500千円 (直接経費: 1,500千円); 2019年度: 700千円 (直接経費: 700千円); 2018年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
• キーワード: フォトニック結晶 / 量子ドット / 共振器量子電磁力学 / 量子ゲート

研究実績の概要

本研究では、半導体量子ドットと高Q値フォトニック結晶ナノ共振器の強結合系における
真空ラビ振動の制御技術として、幾何学位相を用いた量子操作手法を用いることで、従来の動的な量子操作手法よりも操作誤りなどに対してロバストな制御を実現し、それを用いた幾何学量子ゲートの開発や量子光回路への応用を検討する。

真空ラビ振動の制御を行うためには、より高い共振器Q値の実現が不可欠であることから、本年度では、表面吸収による光損失を低減するための新たな表面パッシベーション手法を用いたQ値改善に取り組み、QDを含むアクティブなフォトニック結晶ナノ共振器で実験Q値１６万を実現した。これはこれまでのQDを含むフォトニック結晶ナノ共振器の中で世界最高値である。また、真空ラビ振動の幾何学位相操作に関する数値解析にも取り組んだ。その結果、幾何学位相操作を用いることで、一定の量子操作の条件下において真空ラビ振動がロバストに制御できることを見出した。この成果は、真空ラビ振動を用いたロバストで高速な量子情報操作を実現する上で大いに役立つと考えられる。

現在までの達成度 (段落)

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] Harvard University(米国)
• [雑誌論文] Surface-passivated high-Q GaAs photonic crystal nanocavity with quantum dots (2020)
  • 著者名/発表者名: Kuruma Kazuhiro、Ota Yasutomo、Kakuda Masahiro、Iwamoto Satoshi、Arakawa Yasuhiko
  • 雑誌名: APL Photonics 巻: 5 号: 4 ページ: 046106-046106
  • DOI: 10.1063/1.5144959
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Fabrication and optical characterization of photonic crystal nanocavities with electrodes for gate-defined quantum dots (2020)
  • 著者名/発表者名: Tajiri T.、Sakai Y.、Kuruma K.、Ji S. M.、Kiyama H.、Oiwa A.、Ritzmann J.、Ludwig A.、Wieck A. D.、Ota Y.、Arakawa Y.、Iwamoto S.
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 59 号: SG ページ: SGGI05-SGGI05
  • DOI: 10.7567/1347-4065/ab5b62
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Single Plasmon Generation in an InAs/GaAs Quantum Dot in a Transfer-Printed Plasmonic Microring Resonator (2019)
  • 著者名/発表者名: Tamada Akihito、Ota Yasutomo、Kuruma Kazuhiro、Watanabe Katsuyuki、Iwamoto Satoshi、Arakawa Yasuhiko
  • 雑誌名: ACS Photonics 巻: 6 号: 5 ページ: 1106-1110
  • DOI: 10.1021/acsphotonics.8b01749
  • 査読あり
• [雑誌論文] Time-resolved vacuum Rabi oscillations in a quantum-dot-nanocavity system (2018)
  • 著者名/発表者名: Kuruma K.、Ota Y.、Kakuda M.、Iwamoto S.、Arakawa Y.
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 97 号: 23 ページ: 235448-235448
  • DOI: 10.1103/physrevb.97.235448
  • 査読あり
• [学会発表] Scheme for Coherent Control of Vacuum Rabi Oscillations in a Quantum Dot-Cavity System using Geometric Phases (2019)
  • 著者名/発表者名: K. Kuruma, Y. Ota, S. Iwamoto, and Y. Arakawa
  • 学会等名: 2019 International Conference on Solid-state Devices and Materials
  • 国際学会
• [学会発表] 幾何学的位相を用いた量子ドット-共振器強結合系のコヒーレント制御の検討 (2018)
  • 著者名/発表者名: 車一宏, 太田泰友, 岩本敏, 荒川泰彦
  • 学会等名: 第79回応用物理学会秋季学術講演会
• [学会発表] Observation of Strong Coupling between a Single Quantum Dot and an L4/3 Photonic Crystal Nanocavity (2018)
  • 著者名/発表者名: K. Kuruma, Y. Ota, M. Kakuda, S. Iwamoto, and Y. Arakawa
  • 学会等名: 2018 International Conference on Solid State Devices and Materials
  • 国際学会