| 研究課題/領域番号 |
20H02648
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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30020:光工学および光量子科学関連
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
松田 信幸 東北大学, 工学研究科, 准教授 (10587695)
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| 研究分担者 |
金森 義明 東北大学, 工学研究科, 教授 (10333858)
山田 博仁 東北大学, 工学研究科, 教授 (60443991)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
18,070千円 (直接経費: 13,900千円、間接経費: 4,170千円)
2022年度: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
2021年度: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
2020年度: 9,620千円 (直接経費: 7,400千円、間接経費: 2,220千円)
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| キーワード | シリコンフォトニクス / 光干渉計 / 光量子情報 / 深掘エッチング / 水素アニール / 量子情報 / 量子光回路 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
近年，光量子計算のための光干渉計回路，すなわちユニタリ変換光回路を，光導波路を用いてチップ上に大規模集積する研究が盛んに行われている．その上で，導波路内で生じる光伝搬損失の低減が重要な課題となっている．
本研究では，光の伝搬損失が生じない自由空間光学系に基づくユニタリ変換光回路の小型集積化を試みる．Si基板上に薄膜型のビームスプリッタ素子を高密度に集積した全く新しい形の自由空間型ユニタリ変換光回路を作製し，実験による動作実証を行う．これにより，従来の導波路型光回路と同等の集積度を有しつつ，光伝搬損失が低減された，新たな光回路プラットフォームの実現を目指す．
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| 研究成果の概要 |
小型かつ低損失な光量子情報処理デバイスの実現を目指し、自由空間光学系に基づくユニタリ変換光回路をシリコンチップ上に小型集積することに成功した。深掘エッチングを用いたシリコン基板の微細加工により、500個以上のシリコン薄膜型ビームスプリッタを基板上に集積した多モード光干渉回路を実現した。個々のビームスプリッタの動作や、表面形状、出力ビーム特性の観測などを行い、干渉明瞭度の高い線形光学回路の実現に成功した。これにより、従来の光導波路型光回路と同等の集積度を有しつつ光伝搬損失が低減された、新しい光干渉回路プラットフォームを開拓した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
ユニタリ変換光回路は、光量子情報分野のみならず、光を用いたニューラルネットワーク計算などの広範な分野における光演算分野において近年活発に研究・応用されている重要なデバイスである。本研究成果は、そのような光デバイスの新たなアーキテクチャの可能性を低光伝搬損失性という大きな利点とともに示すものである。今後、ミラーやレンズといった様々な光学素子も小型集積化できれば、量子技術や光演算に限らず、通信やセンシングといった光科学技術全般における自由空間型光デバイスの小型化につながることが期待される。
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