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固体光源から発生する光子対の量子もつれに関する研究とその量子情報応用

研究課題

研究課題/領域番号 24226007
研究種目

基盤研究(S)

配分区分補助金
研究分野 電子・電気材料工学
研究機関北海道大学

研究代表者

末宗 幾夫  北海道大学, 電子科学研究所, 教授 (00112178)

研究分担者 赤羽 浩一  独立行政法人情報通信研究機構, 通信研究機構, 研究員 (50359072)
熊野 英和  北海道大学, 電子科学研究所, 准教授 (70292042)
笹倉 弘理  北海道大学, 創成研究機構, 特任助教 (90374595)
研究期間 (年度) 2012-05-31 – 2017-03-31
研究課題ステータス 採択 (2013年度)
配分額 *注記
85,800千円 (直接経費: 66,000千円、間接経費: 19,800千円)
2013年度: 42,640千円 (直接経費: 32,800千円、間接経費: 9,840千円)
2012年度: 43,160千円 (直接経費: 33,200千円、間接経費: 9,960千円)
キーワード量子ドット / 単一光子 / 量子もつれ / 光子対 / 量子情報 / クーパー対 / 微小光共振器 / 金属埋め込み
研究概要

本研究では、これまで進めてきた金属埋め込み構造による単一光子発生と単一光子純度の向上、光子取り出し効率の増大量子もつれ光子対の同時生成に関する研究とその量子情報応用に関する検討を進める。
本年度は特に長距離の量子情報通信で重要な単一光子発生純度の向上に向けて、これまで用いられてきた理論的な評価方法に根本的な問題点があることを指摘し、新たな評価方法を提示した。これによって、単一光子純度を示す2次の相関関数の値g(2)(τ=0)の値として、発光波長950nm帯のInAs/GaAs系量子ドットを使って世界最低レベルの0.003を実現した。さらにこれをナノコーン構造に加工して金属(銀)に埋め込むことにより、ごく最近光子取り出し効率として24%と高い量子効率を実現した。また発光波長1550nm帯のInAs/InP系量子ドットを銀の中に埋め込み,30倍以上の発光増強を確認し、現在その光子取り出し量子効率の絶対値の見積もりを進めている。
超伝導体から電子クーパー対を半導体量子ドットへ注入し、電子対の同時再結合により量子もつれ光子対の同時発生を目指す研究は、これまで量子井戸構造の評価にとどまっていた。本年,一度に一対の光子対を生成するのに欠かせない量子ドット構造を含むn型ドープ半導体構造に電子クーパー対を注入し、超伝導体に近接するバリア層において電子クーパー対の発光再結合による発光増強の再現に成功した。現在量子ドットへの電子クーパー対注入の確認実験を進めている。
量子ドットから光子対を同時生成するもう一つの方法として、微小光共振器を用いる方法が提案されている。我々の提案する金属埋め込み構造は、発生した光子対を同じ確率で表面から取り出すことができ量子情報に応用しやすい特長を持つ。本年度,金属埋め込み構造としては世界最高の共振Q値7000を観測し,現在さらに検討を進めつつある。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

翌年度交付申請を辞退するために記入しない。

今後の研究の推進方策

翌年度交付申請を辞退するために記入しない。

報告書

(1件)
  • 2012 実績報告書
  • 研究成果

    (25件)

すべて 2013 2012 その他

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 5件) 学会発表 (19件) (うち招待講演 4件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] “Temperature Dependent Carrier Dynamics in Telecommunication Band InAs Quantum Dots and Dashes Grown on InP Substrates”2013

    • 著者名/発表者名
      N. A. Jahan, C. Hermannstaedter, J.-H. Huh, H. Sasakura, T. J. Rotter, P. Ahirwar, G. Balakrishnan, K. Akahane, M. Sasaki, H. Kumano, and I. Suemune
    • 雑誌名

      J. Appl. Phys.

      巻: 113 号: 3 ページ: 33506-33506

    • DOI

      10.1063/1.4775768

    • NAID

      120005228222

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Carrier Dynamics and Photoluminescence Quenching Mechanism of Strained InGaSb/AlGaSb Quantum Wells2013

    • 著者名/発表者名
      N. A. Jahan, C. Hermannstaedter, H. Sasakura, T. J. Rotter, P. Ahirwar, G. Balakrishnan, H. Kumano, and I. Suemune
    • 雑誌名

      J. Appl. Phys.

      巻: 113 号: 5 ページ: 53505-53505

    • DOI

      10.1063/1.4789374

    • NAID

      120005394537

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] “Bright Single-photon Source Based on an InAs Quantum Dot in a Silver-embedded Nanocone Structure”2013

    • 著者名/発表者名
      X. Liu, T. Asano, S. Odashima, H. Nakajima, H. Sasakura, H. Kumano, and I. Suemune
    • 雑誌名

      Appl. Phys. Lett.

      巻: 102 号: 13 ページ: 131114-131114

    • DOI

      10.1063/1.4801334

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] “Silver Embedded Nano-Mesas for 1.55 μm Single Quantum Dot Emitters”2012

    • 著者名/発表者名
      Jae-Hoon HUH, Claus HERMANNSTAEDTER, Kouichi AKAHANE, Nahid A. JAHAN, Masahide SASAKI, and Ikuo SUEMUNE
    • 雑誌名

      Jpn. J. Appl. Phys.

      巻: 51 号: 6S ページ: 1184-1200

    • DOI

      10.1143/jjap.51.06ff12

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Anomalous dip observed in intensity autocorrelation function as an inherent nature of single-photon emitters2012

    • 著者名/発表者名
      中島秀朗、 熊野英和、 飯島仁史、 末宗幾夫
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters

      巻: 101 号: 16 ページ: 161107-161107

    • DOI

      10.1063/1.4760222

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] “Optical Design for High-efficiency Solar Cells”2013

    • 著者名/発表者名
      Ikuo Suemune
    • 学会等名
      Energy Materials Nanotechnology (EMN) West Meeting
    • 発表場所
      Hilton Houston Post Oak, Houston, USA
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] “Extended Second-order Intensity Autocorrelation Function for the Precise Evaluation of Multi-photon contribution in a Single Photon Emitter”2013

    • 著者名/発表者名
      H. Kumano
    • 学会等名
      3rd International Conference on Quantum Information and Technology (ICQIT 2013)
    • 発表場所
      National Institute of Informatics, Tokyo, Japan
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] “Photon extraction from semiconductors embedded in metal and coupling to optical fibers”2013

    • 著者名/発表者名
      Ikuo Suemune
    • 学会等名
      SPIE Photonic West 2013
    • 発表場所
      Moscone Center, San Francisco, USA
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] “Bright Single-photon Source Based on an InAs Quantum Dot in a Metal-embedded Nanocone Structure”2013

    • 著者名/発表者名
      X. Liu
    • 学会等名
      The 40th International Symposium on Compound Semiconductors
    • 発表場所
      Kobe Convention Center, Kobe, Japan
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] “Telecommunication-band Single-photon Emission from an InAs Quantum Dot in a Pillar Structure”2013

    • 著者名/発表者名
      X. Liu
    • 学会等名
      The 25th International Conference on Indium Phosphide and Related Materials
    • 発表場所
      Kobe Convention Center, Kobe, Japan
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] “Fabrication and Characterization of Semiconductor Nanostructures for Their Quantum Information Applications”2013

    • 著者名/発表者名
      Ikuo Suemune
    • 学会等名
      The Collaborative Conference on Materials Research (CCMR) 2013
    • 発表場所
      Ramada Plaza Jeju Hotel, Jeju Island, South Korea
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 「単一モード光ファイバー直接接合型彦点光源の開発」2013

    • 著者名/発表者名
      笹倉弘理
    • 学会等名
      2013年 (平成25年) 春季第60回応用物理学関係連合講演会
    • 発表場所
      神奈川工科大学( 厚木市)
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] An efficient single-photon source based on a metal-embedded nanocone structure incorporating an InAs quantum dot2013

    • 著者名/発表者名
      X. Liu
    • 学会等名
      2013年 (平成25年) 春季第60回応用物理学関係連合講演会
    • 発表場所
      神奈川工科大学( 厚木市)
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] “Effect of Interfacial Misfit (IMF) Arrays on The Optical Properties of GaSb/AlGaSb Multiple Quantum Wells Grown on Buffer Free GaSb/GaAs Heterojunctions”2012

    • 著者名/発表者名
      N. A. Jahan
    • 学会等名
      Electronic Materials Conference 2012
    • 発表場所
      Pennsylvania State University, State College, Pennsylvania, USA
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] “Charging and Discharging of Neutral Exciton State in a Single Quantum Dot Selectively Excited under Quasi-resonant Excitation”2012

    • 著者名/発表者名
      H. Nakajima
    • 学会等名
      31th International Conference on the Physics of Semiconductors 2012
    • 発表場所
      ETH(Eidgenossische technische Hochschule) Zurich, Zurich, Switzerland
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] “General Photon Autocorrelation Function including Carrier Repopulation Process in Single-Photon Emitters”2012

    • 著者名/発表者名
      H. Nakajima
    • 学会等名
      39th International Symposium on Compound Semiconductors
    • 発表場所
      University of California Santa Barbara, California, USA
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] “Fabrication of the Metal Slit Pattern for Angle Controlled Lateral Electric Field to InAs/GaAs QDs and Their Optical Properties”2012

    • 著者名/発表者名
      S. Odashima
    • 学会等名
      25th International Microprocesses and Nanotechnology Conference (MNC2012)
    • 発表場所
      Kobe Convention Center, Kobe, Japan
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] “Growth of Semiconductor Quantum Dots by Metal Organic Molecular Beam Epitaxy and Control of Exciton Fine Structure Splitting for Controlled Photon Emitters”2012

    • 著者名/発表者名
      S. Odashima
    • 学会等名
      2012 Collaborative Conference on Crystal Growth
    • 発表場所
      Doubletree Hilton, Orlando, Florida, USA
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 「単一光子光源評価のための強度自己相関関数の一般化―量子2準位における分布相関の効果―」2012

    • 著者名/発表者名
      熊野英和
    • 学会等名
      電子情報通信学会 第27回量子情報技術研究会(QIT27)
    • 発表場所
      慶應義塾大学日吉キャンパス( 横浜市)
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] 「光子統計評価における2次自己相関関数の一般化」2012

    • 著者名/発表者名
      熊野英和
    • 学会等名
      2012年 (平成24年) 秋季第73回応用物理学関係連合講演会
    • 発表場所
      愛媛大学( 松山市)
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] 「InP/InGaAlAs選択エッチングによる半導体コーン構造の金属埋め込み表面平坦化の改善」2012

    • 著者名/発表者名
      浅野智也
    • 学会等名
      2012年 (平成24年) 秋季第73回応用物理学関係連合講演会
    • 発表場所
      愛媛大学( 松山市)
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Reduction of Interdot Coupling and Photoluminescence Quenching in Telecommunication Band Low Density InAs Quantum Dots Grown on InP (311)B2012

    • 著者名/発表者名
      N. A. Jahan
    • 学会等名
      2012年 (平成24年) 秋季第73回応用物理学関係連合講演会
    • 発表場所
      愛媛大学( 松山市)
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] 「量子ドット横電場印加における角度制御型電極構造の作製と光学評価」2012

    • 著者名/発表者名
      小田島聡
    • 学会等名
      2012年 (平成24年) 秋季第73回応用物理学関係連合講演会
    • 発表場所
      愛媛大学( 松山市)
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] 「半導体量子ドットを用いた量子もつれ光子対の生成」

    • 著者名/発表者名
      黒田 隆
    • 学会等名
      電子情報通信学会 光.量子エレクトロニクス(LQE)研究会
    • 発表場所
      金沢大学( 金沢市)
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 招待講演
  • [備考] 北海道大学電子科学研究所ナノ光機能材料研究分野

    • URL

      http://nanophoto.es.hokudai.ac.jp/

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書

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公開日: 2012-11-27   更新日: 2019-07-29  

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