| 研究課題/領域番号 |
18J21667
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
勝見 亮太 東京大学, 理学系研究科, 特別研究員(DC1)
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| 研究期間 (年度) |
2018-04-25 – 2021-03-31
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| キーワード | 光量子回路 / 単一光子 / 集積フォトニクス |
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| 研究実績の概要 |
光量子演算のスケールアップに向けて、大規模光回路の作製に適したシリコン(Si)フォトニクスの活用が大きく注目されている。一方、スケーラブルな光量子回路の構築には、自己形成量子ドット(QD)に代表される、決定論的動作が可能な量子光源の集積が必要となる。しかし、化合物半導体で形成されるQDをSi光回路上にハイブリッド集積する場合、Si-CMOSプロセスとの整合性を担保することは容易ではない。さらには、QDの空間・波長ばらつきにより、所望の光源を所望の位置に集積することは極めて困難である。そこで我々は、これらの課題を解決する手法として、ピックアンドプレース操作に基づいた転写プリント法の利用を提案している。今回、同手法を用いてSi-CMOS光回路上へQD光源を集積し、単一光子発生とその導波路伝搬の観測に成功した。本研究で用いた手法はCMOSプロセスされた大規模・高性能な集積光回路への量子光源の導入を可能にすることから、大規模光回路の構築への可能性を切り拓くことが期待される。
上記において、Si-CMOS光回路上へQD単一光子源を集積することに成功したが、光量子回路の将来的な動作に向けて、個々の光源の発光波長をチップ上で精密に制御する必要がある。そこで今回、転写プリント技術を用いてSi上集積QD光源の近傍に光駆動ヒーターパッドを集積し、光源の発光波長制御、および近接したQD光源間の相対的な発光波長チューニングに成功した。この成果は、スケーラブルなシリコン量子光回路の構築に向けた極めて重要な一歩である。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
研究成果について、特別研究員はピックアンドプレース操作に基づいた転写プリント法を用いてシリコンCMOS光回路上へ量子ドット単一光子源を集積し、単一光子発生とその導波路伝搬の観測に成功した。この成果をもとに学会誌APL photonics に投稿した論文は、Featured articleに選ばれており、本研究成果が世界的に高く評価されていると言える。
また、光量子回路の将来的な動作に向けて、個々の光源の発光波長をチップ上で精密に制御する必要がある。今回、特別研究員は転写プリント技術を用いてSi上集積QD光源の近傍に光駆動ヒーターパッドを集積し、光源の発光波長制御、および近接したQD光源間の相対的な発光波長チューニングに成功した。本研究成果は、可干渉な複数量子光源の集積を可能とするため、スケーラブルなシリコン量子光回路の構築に向けた極めて大きな一歩であるといえる。
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| 今後の研究の推進方策 |
大規模化可能な集積光量子回路の実現に向けて、今後の研究ではまず転写プリント法を用いて2つの可干渉な量子ドット(QD)-共振器結合系をシリコンフォトニクス回路上に集積し、基本的な量子干渉の観測を目指す。
昨年度までに確立させた技術を用いてQD光源の精密波長制御を行うとともに、Xeガスをナノビーム共振器上に堆積させて共振器モードをシフトさせ、両者の共鳴波長の精密制御に取り組む。このようにして波長が高い精度で一致し干渉可能な2つのQDを、外部レーザーによって励起することで単一光子を導波路へ入力する。励起タイミングを調整しながら制御された2光子をビームスプリッターにおいて干渉させ、ポートからの出力に対して量子相関測定を行うことにより、シリコンチップ上における量子干渉の1つである、Hong-Ou-Mandel干渉を観測する。なお、QDの効率的な発光を実現するため、QDを共鳴的に励起するためのレーザーの導入を検討する。
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