| 研究課題/領域番号 |
16H03817
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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 |
近藤 憲治 北海道大学, 電子科学研究所, 准教授 (50360946)
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) |
2016-04-01 – 2020-03-31
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| キーワード | 量子情報 / 量子光学 / 半導体量子ドット |
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| 研究実績の概要 |
本申請研究の目的として掲げた光子を中継媒体とした遠隔スピンネットワークの創成に向け、単一モード光ファイバーとスピン源としての半導体量子ドット(QD)間の結合デバイス(Quantum Dot in Fiber: QDinF)の開発に着手した。平成28年度において離散化した内部エネルギーを取っている半導体量子ドット (QD) 成長膜をナノピラーアレイ化し、単一モード光ファイバー (SMF) に直接接合させた構造(QDinF) を作製し、単一光子の高純度発生及び, 長時間耐久性・安定性を検証した。平成29年度は、研究計画(平成29年度)の項目3「プログラマブルな遠隔スピン間相互作用の形成」、4「スピンネットワークを用いた情報処理プロトコルの探索」に関連して、QDinFデバイスのネットワークの形成への展開を念頭に、12芯SMFアレイを用いた単一光子の並列発生に着手した。直径300nm、2.5um間隔のピラーアレイを1mmx6mmの領域に微細加工を施した後、12芯SMFアレイモジュールヘッドと接続した。平成28年度は市販の光ファイバーアダプタを用いてQD試料とSMFを密着させていたが、12芯SMFアレイモジュールヘッドの形状が特殊なため、アルミハウジングを作製し使用した。液体ヘリム中へアルミハウジング毎設置し、単一QDの発光であることを示す離散ピークの観測及び単一光子発生を示すアンチバンチング特性を二次の光子相関信号により確認した。
平成30年度は、これまでのQDと光ファイバーの結合機構の最適化を図るとともに、項目3,4に関連して、核スピン分極によるQDの内部エネルギーの制御及び電子スピンコヒーレンスの観測に着手した。核スピン分極の双安定状態下において、偏光選択型の光子相関測定を行ったところ、数テスラに及ぶ核磁場がQD内部に生じた状態下では、電子スピン反転時間の短縮傾向を示した。
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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
申請時の平成29年度以降の実施予定の研究計画は3.プログラマブルな遠隔スピン間相互作用の形成、4. スピンネットワークを用いた情報処理プロトコルの探索であった。上記2項目の実施に関して、QDinFデバイスの並列動作が必要であるため、12芯ファイバーアレイモジュールを用いたQDinFアレイの開発に着手した。しかしながら12本の出力の中で良好な特性を示すものは4本程度であった。原因として12本の光ファイバーアレイの端面にばらつきがあり、QDアレイ膜との密着性が低下していることが主な要因であり、現在対策中である。QDアレイ側の改良をに関して成膜条件の適正化を施す予定であったが、胆振東部地震に関連した一連の停電により、分子線エピタキシー装置(MBE)の再稼働、光学評価装置の不具合等からの復旧に時間を要しており、「やや遅れている」と評価した。現在光学評価装置に関しては概ね復旧しているが、MBE装置に関しては復旧途中にあり、H31年度は半導体量子ドット以外の試料を含めて実施する予定である。
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| 今後の研究の推進方策 |
研究計画：平成31年度は前年度に引き続き, 量子ドット内蔵光ファイバー(QDinF)の改良を実施しつつ、「プログラマブルな遠隔スピン間相互作用の形成」「スピンネットワークを用いた情報処理プロトコルの探索」に着手する。上記2項目の実施に向け、平成29年度で明らかとなったQDinFのアレイ化に対する課題への対策を実施し、半導体量子ドット以外の試料を含めて実施する予定である。
研究実施体制 : 平成31年度も30年度と同様に2名の研究分担者と共に本申請研究を実施する。研究代表者である笹倉が研究進捗の取りまとめと, 半導体量子ドット(QD) を含む 分子線エピタキシャル成長・単一モード光ファイバー接続型QD(QD in Fiber : QDinF) 作製を担当する. QD の光子統計性, 基礎光学特性評価については笹倉と熊野が設備を相補的に活用しながら担当する. 光子を介した遠隔スピン間の相互作用形成及び実アニールの有効性に関しては, スピン物性理論の専門知識と経験を持つ近藤が理論検証を, 実験からのアプローチを笹倉が取り円滑に進める.
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