| 研究課題/領域番号 |
21H04444
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| 研究種目 |
基盤研究(A)
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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 |
中区分13:物性物理学およびその関連分野
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| 研究機関 | 京都大学 |
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研究代表者 |
竹内 繁樹 京都大学, 工学研究科, 教授 (80321959)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-05 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
42,770千円 (直接経費: 32,900千円、間接経費: 9,870千円)
2023年度: 9,620千円 (直接経費: 7,400千円、間接経費: 2,220千円)
2022年度: 11,830千円 (直接経費: 9,100千円、間接経費: 2,730千円)
2021年度: 21,320千円 (直接経費: 16,400千円、間接経費: 4,920千円)
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| キーワード | 単一光子 / ナノ光ファイバ / ダイヤモンド / 量子情報 / 六方晶窒化ホウ素 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では、同一性が高く、かつ高効率の単一光子源の実現を目ざす。原子間力顕微鏡と共焦点顕微鏡を組み合わせた装置により、単一のシリコン欠陥中心を含有するナノダイヤモンドを、我々が独自に開発したファイバへの結合損失が極めて小さいナノファイバブラッグ共振器(NFBC)に結合させ、ハイブリッド単一光子源を構築する。この研究は、光子を用いた量子情報科学の鍵である、多数の光子からなる複雑な量子状態生成にブレークスルーをもたらすと共に、将来の大規模光量子シミュレーターや超高感度量子センシングに路を拓くものである。
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| 研究成果の概要 |
本研究では、高い確率で同一性の高い光子を発生させる単一光子源の実現をめざし、ダイヤモンド中のシリコン欠陥(SiV)中心などの単一発光体と共振器内蔵ナノ光ファイバのハイブリッド素子の実現に向け研究を進めた。その結果、SiV内包ナノダイヤモンドを効率的に作製する新規方法を発案、またそのサンプルが極低温（4K）において分光器分解能（0.1 nm）以下の細い線幅を有することを確認した。さらに、hBN欠陥中心と共振器内蔵ナノ光ファイバのハイブリッド素子や、線形光学限界を超えた量子相関をもつ多光子多モード状態の実現にも成功した。以上のように、高効率単一光子源の実現に関する様々な研究成果を得た。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
本研究により、シリコン欠陥中心内包極微ナノダイヤモンドの効率的な作製方法の確立と極低温での評価、さらに六方晶窒化ホウ素中の欠陥中心と共振器内蔵ナノ光ファイバのハイブリッド素子の実現、さらに線形光学限界を超えた量子相関をもつ多光子多モード状態の実現など、高効率単一光子源の実現とその応用に関する様々な成果が得られた。これらは、量子光学やナノフォトニクス分野における学術的に高い意義が認められ、Science Advancesなどの権威ある学術誌に論文として掲載されている。また、将来的には、光量子情報通信処理や光量子センシングなどの応用の社会実装にとり重要なステップとなる成果である。
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