| 研究課題/領域番号 |
20H02555
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分28020:ナノ構造物理関連
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| 研究機関 | 北海道大学 |
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研究代表者 |
笹倉 弘理 北海道大学, 工学研究院, 准教授 (90374595)
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| 研究分担者 |
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, 助教 (40640751)
熊野 英和 新潟大学, 自然科学系, 教授 (70292042)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
17,550千円 (直接経費: 13,500千円、間接経費: 4,050千円)
2023年度: 3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円)
2022年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円)
2021年度: 6,630千円 (直接経費: 5,100千円、間接経費: 1,530千円)
2020年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
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| キーワード | 量子光学 / 量子ドット / 半導体量子ドット / スピントロニクス / 量子情報 / 量子通信 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
多様な情報サービスが出現しているネットワーク社会において, 電子化された情報のセキュリティ確保・処理能力向上のニーズは高まり続けている. 超伝導体, 半導体, 光など様々なプラットホームで個々の強みを生かした量子ノード, 量子プロセッサの開発が盛んであり, これらをつなぐエンタングルメントの生成・伝送技術の重要性が一段と増している. 本研究は, 量子ネットワークの形成に向けた基盤技術として, 現行の光通信網と整合性が良く, 統計的・エネルギー揺らぎを抑制した量子ドット内蔵型光ファイバーデバイスを開発し, 伝送路の不安定性に対する耐性に優れたエンタングルメントの形成を目指す.
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| 研究実績の概要 |
本研究課題は量子ネットワークの形成に向けた基盤技術として, 現行の光通信網と整合性が良く, 統計的・エネルギー揺らぎを抑制した量子ドット内蔵型光ファイバーデバイスを開発し, 伝送路の不安定性に対する耐性に優れたエンタングルメン伝送路の揺らぎの影響を受ける光子一つと真空場で形成されるエンタングルメントを介した量子テレポーテーションの実験を通して, 伝送路の揺らぎに対する忠実度の影響を精査し, 現行の光通信網を介した量子ノード間制御への展開を図るものである.
1,2年目の結果を基に, クロスニコル型量子ドット結合型光ファイバーデバイスの開発を継続し, 偏光選択性, 透過率特性及び作製歩留まりの向上に向けて, 二重ワイヤーグリッド構造及び作製工程の最適化を実験と数値シミュレーションを併用して実施し, 消光比の実測結果から4桁程度まで達成できた.
また単一光子と真空場のエンタングルメントを媒体としたシングルモードテレポーテションの実験系の構築に着手した. まず原理検証に向けて自由空間系での光学系の構築に着手した. 現状では単一半導体量子ドットから生成する光子数が数十kHzであるため, 光子統計性の取得には, 数時間程度の実測時間が必要となることが予測されたため, 実験系自体の位相揺らぎの抑制方法の確立が必要であることから, パッシブな位相安定化に加え, アクティブな位相安定化機構の実装し安定化を図った. 更に昨年度に導入した, 低振動型循環式位スタットと組み合わせることにより, 十分な計測時間を確保する目途がついた.
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
交付申請書に記載した, 前半2年間の実施項目である1. クロスニコル型量子ドット結合型光ファイバーデバイスの開発, 2. ナノピラー形状の最適化による単一偏波ファイバーへの光学結合効率の向上と境界面での偏光乱れの抑制, 3. 共鳴励起によるエネルギー揺らぎを抑制した単一光子生成手法の確立に着手し, QDinFデバイスの試作及び検証用光学系の構築を概ね予定通り実施できた. 前半2年間で実施した偏光選択用の2層構造ワイヤーグリッドの消光比は概ね数値シミュレーションを反映したものであったが, 透過率の低さが課題であった. この点については, 数値シミュレーションを基に周期構造及ワイヤー膜厚等を最適化し改善できた. 一方で光子統計による評価に関して, 光学系全体の位相安定化に時間を要した点が区分(3)とした理由である.
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| 今後の研究の推進方策 |
前年度までの実施してきた二重ワイヤーグリッド構造による偏光選択性及び透過率の向上に向けた成果を踏まえ, 単一光子源として働くナノピラー形状に加工した半導体量子ドット膜への実装を行い, 光ファイバー直接接合型デバイスを開発する.
また伝送路の不完全性に対する光子一つと真空場で形成されるエンタングルメント(SPVE)の耐久性の検証に向けて, 一般的な自由空間系の光学系を用いた原理検証と光ファイバー光学系の構築を並行して実施する. この際前年度までに実施してきた測定系自体の位相揺らぎの抑制に向けたアクティブな位相安定化機構を用いて任意の量子情報を遠く離れた空間で再生する量子テレポーテーションにおける忠実度から評価する. 相関の無い量子系としてこれまで開発してきた単一光子(SP)デバイスから生成される相関の無い2つの光子を用いる. シングルモードテレポーテションの原理を基に, 伝送路全体の位相安定化のため挿入している位相シフタのフィードバック制御パラメータに対する忠実度の変化からSPVEの耐久性を評価する. またSPデバイスと線形光学素子を組み合わせエンタングルド光子対(EPP)を生成させ, EPPとSPVEを比較することにより, 伝送路の不完全性への耐性を評価する.
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