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2015 年度 実績報告書

通信波長帯域における高輝度量子ドットもつれ光源を用いた量子テレポーテーション実験

研究課題

研究課題/領域番号 15K17456
研究機関北海道大学

研究代表者

中島 秀朗  北海道大学, 創成研究機構, 学術研究員 (10750797)

研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2016-03-31
キーワード量子ドット / 量子もつれ / 単一モード光ファイバ
研究実績の概要

今年度は、(1)量子もつれ光子対に関して励起子微細構造分裂に対する量子状態生成の許容度について精査し、また(2)生成された量子光を効率良く運搬するために単一モード光ファイバ(SMF)内蔵型の冷却装置を構築し駆動検証を行った。
1) 微細構造分裂量の異なる量子ドットを幾つか選別し、個々のドットにおける励起子分子-励起子カスケード光子対の偏光状態について調査した。結果として数マイクロeVの半値幅(許容幅)を持つ狭いローレンツ型の依存性が見られ、またその結果はドット本来の発光自然幅と良い一致であることが示唆された。この結果は可視域(ガリウムヒ素ドット)にて行った原理検証ではあるものの、得られた知見は材料系問わず一般的なものであり、それゆえ通信波長帯域での量子ドットもつれ光源開発に向けても良い指針になると考える。
2) 量子光の評価において、特に1ミクロン以上の比較的長い波長帯域ではSMFでの伝送が基本となるが、一般的な顕微光学装置では一度自由空間中へと放出された光を再度ファイバモジュールでSMFへと結合する必要があり、光損失が比較的大きい。そこでドット光源およびファイバ集光モジュールを一つの系として組み込んだ冷却装置を構築することで量子光伝送の高効率化を計った。結果としてSMF集光効率40%以上での駆動を実証し、また寒剤(液体ヘリウム)中にて動作する本装置は冷却振動を原理的に受けず長時間安定駆動が可能であることが確認された。これらは測定技術の向上のみならず通信への応用の意味でも重要な成果と考える。今回はバルクタイプのドットを用いた実験であるが、微細加工等による光源自体の高効率化によって更なる観測精度の向上が期待され、現在検討を進めている。

  • 研究成果

    (9件)

すべて 2016 2015 その他

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (7件) (うち国際学会 4件、 招待講演 2件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Stable and efficient collection of single photons emitted from a semiconductor quantum dot into a single-mode optical fiber2016

    • 著者名/発表者名
      熊野英和, 原田拓弥, 末宗幾夫, 中島秀朗, 黒田隆, 間野高明, 迫田和彰, 小田島聡, 笹倉弘理
    • 雑誌名

      Applied Physics Express

      巻: 9 ページ: 032801-1-4

    • DOI

      http://doi.org/10.7567/APEX.9.032801

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] ピラー型微細形状を有するQDinFを用いた高純度単一光子状態の生成2016

    • 著者名/発表者名
      村上大輔, 小田島聡, 中島秀朗, 熊野英和, 笹倉弘理
    • 学会等名
      第63回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      東京工業大学大岡山キャンパス
    • 年月日
      2016-03-19 – 2016-03-22
  • [学会発表] Tolerance of photon entanglement in a droplet epitaxial quantum dot grown on (111)A surface2015

    • 著者名/発表者名
      中島秀朗, 劉祥明, ハヌル, 竹本亮, 黒澤裕之, 間野高明, 黒田隆, 迫田和彰, 末宗幾夫, 熊野英和
    • 学会等名
      2015 International Conference on Solid State Devices and Materials (SSDM2015)
    • 発表場所
      札幌コンベンションセンター
    • 年月日
      2015-09-27 – 2015-09-30
    • 国際学会
  • [学会発表] Semiconductor quantum-dot-based quantum photon sources2015

    • 著者名/発表者名
      熊野英和, 中島秀朗, 小田島聡, 劉祥明, 黒田隆, 間野高明, 迫田和彰, 末宗幾夫
    • 学会等名
      Physical Science Symposia-2015
    • 発表場所
      Cambridge, MA, USA
    • 年月日
      2015-09-21 – 2015-09-22
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 微細構造分裂の抑制された量子ドット中性励起子状態を介した単一スピンの読み出し2015

    • 著者名/発表者名
      中島秀朗, 劉祥明, ハヌル, 竹本亮, 黒澤裕之, 間野高明, 黒田隆, 迫田和彰, 末宗幾夫, 熊野英和
    • 学会等名
      第76回応用物理学会秋季学術講演会
    • 発表場所
      名古屋国際会議場
    • 年月日
      2015-09-13 – 2015-09-16
  • [学会発表] Quantum tomographic analysis of the time-evolved nonlocal biphoton states from a semiconductor quantum dot2015

    • 著者名/発表者名
      熊野英和, 中島秀朗, 黒田隆, 間野高明, 迫田和彰, 末宗幾夫
    • 学会等名
      The 17th International Conference on Modulated Semiconductor Structures (MSS17)
    • 発表場所
      仙台国際センター
    • 年月日
      2015-07-27 – 2015-07-31
    • 国際学会
  • [学会発表] Creation of highly-entangled photon pairs with a droplet epitaxial quantum dot grown on (111)A surface2015

    • 著者名/発表者名
      中島秀朗
    • 学会等名
      Japan, Vietnam, Bulgaria and Taiwan Joint Workshop
    • 発表場所
      国立交通大学(NCTU), 台湾
    • 年月日
      2015-07-18 – 2015-07-20
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 量子情報応用に向けた半導体ナノ構造物性と生成光子状態の評価2015

    • 著者名/発表者名
      熊野英和, 中島秀朗, 末宗幾夫
    • 学会等名
      附置研究所間アライアンスによるナノとマクロをつなぐ物質・デバイス・システム創成戦略プロジェクト
    • 発表場所
      九州大学伊都キャンパス
    • 年月日
      2015-04-21
  • [備考] 北海道大学ナノ光機能材料研究分野

    • URL

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

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公開日: 2017-01-06  

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