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2011 年度 実績報告書

光子・固体間の単一光子レベル非線形相互作用を介した量子演算素子の開発

研究課題

研究課題/領域番号 22244035
研究機関東北大学

研究代表者

枝松 圭一  東北大学, 電気通信研究所, 教授 (10193997)

研究分担者 越野 和樹  東京医科歯科大学, 教養部, 准教授 (90332311)
キーワード光物性 / 量子情報 / 量子光学 / 非線形光学
研究概要

走査型微小共振器の開発:
固体内にランダムに存在する少数準位量子系(局在電子準位や量子ドット等)と光微小共振器との最適結合を容易に達成するための,走査型微小共振器を開発している.本年度は,最適な共振器構造を設計するため,FDTD法による電磁場解析を進めた.その結果,ファイバ端面を曲率半径数μmの凹面に加工し,ファイバ端面および基盤面にブラッグ反射層を施すことで高いQ値と小さなモード体積を両立し,非常に大きなパーセル因子をもつ高性能な共振器を構成できることがわかった.すわなち,本手法による共振器構造が原理的に優れたものであることが示された.
単一量子系の光応答:
InAlGaAs/AlGaAs単一量子ドット試料の顕微発光分光を行い,その発光スペクトル,励起スペクトル,それらの温度変化等の基礎データを収集した.今後,NV中心試料および量子ドットと,上記の共振器を組み合わせた単一量子系-微小共振器結合系を実現する.
二準位,三準位量子系を用いた単一光子トランジスタの理論:
純位相緩和を輻射緩和とパラレルに扱う理論手法を開発した.具体的には,考察対象となる系に加え純位相緩和の起源となる環境自由度(低エネルギー励起場)も含めた「拡張量子系」の量子動力学を入出力定式化により厳密に解析する手法を開拓した.本手法は,輻射緩和・無輻射緩和・純位相緩和の三種の緩和を統一的なフォーマリズムで解析することを可能にするものであり,これらが共存する固体系での量子光学応答の定量的解析に大変適している.

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

本年度は,震災の影響で数ヶ月間実験的研究の停止を余儀なくされたこともあり,走査型共振器の開発がやや遅れているが,最終年度に十分挽回可能であると考えている.理論面の研究は順調に進捗している.

今後の研究の推進方策

本年度までに,走査型共振器構造の電磁界解析による基本設計を行い,その構造が原理的に優れたものであることが示された.最終年度は,共振器の製作に全力を挙げ,NV中心試料との結合を実現する.また,これまで考えてきた走査型共振器構造以外に,導波路を用いた共振器構造についても電磁界解析を行い,その可能性について検討する.

  • 研究成果

    (40件)

すべて 2012 2011

すべて 雑誌論文 (8件) (うち査読あり 8件) 学会発表 (32件)

  • [雑誌論文] Theory of resonance fluorescence from a solid-state cavity QED system : Effects of pure dephasing2011

    • 著者名/発表者名
      K.Koshino
    • 雑誌名

      Phys.Rev.A

      巻: 84 ページ: 033824/1-8

    • DOI

      10.1103/PhysRevA.84.033824

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Micro-pump-probe spectroscopy of an exciton in a single semiconductor quantum dot using a heterodyne technique2011

    • 著者名/発表者名
      Y.Mitsumori, et al
    • 雑誌名

      Jpn.J.Appl.Phys.

      巻: 50 ページ: 095004/1-4

    • DOI

      10.1143/JJAP.50.095004

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Electron spin state tomography with coherent Kerr effect2011

    • 著者名/発表者名
      T.Inagaki, et al
    • 雑誌名

      Appl.Phys.Lett.

      巻: 99 ページ: 173108/1-3

    • DOI

      10.1063/1.3655676

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Spin coherent read, write, manipulation of electrons with light in solids2011

    • 著者名/発表者名
      H.Kosaka, et al
    • 雑誌名

      AIP Conf.Proc.

      巻: 1363 ページ: 165-168

    • DOI

      10.1063/1.3630172

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Intrinsic pure single-photon source and its nonclassical interference with weak coherent photons2011

    • 著者名/発表者名
      R.-B.Jin, et al
    • 雑誌名

      AIP Conf.Proc.

      巻: 1363 ページ: 327-330

    • DOI

      10.1063/1.3630205

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Excitonic Rabi oscillations in semiconductor quantum dot observed by photon echo spectroscopy2011

    • 著者名/発表者名
      K.Asakura, et al
    • 雑誌名

      AIP Conf.Proc.

      巻: 1399 ページ: 529-530

    • DOI

      10.1063/1.3666487

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Entangled photon generation in two-period quasi-phase-matched parametric down-conversion2011

    • 著者名/発表者名
      W.Ueno, et al
    • 雑誌名

      Optics Express

      巻: 20 ページ: 5508-5517

    • DOI

      10.1364/OE.20.005508

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Coherent transfer of time-bin photons to electron spins in a semiconductor2011

    • 著者名/発表者名
      H.Kosaka, et al
    • 雑誌名

      Phys.Rev.A

      巻: 85 ページ: 042304/1-8

    • DOI

      10.1103/PhysRevA.85.042304

    • 査読あり
  • [学会発表] トランズモン型超伝導量子ビットの量子光学応答:三準位着衣状態の観測(理論)2012

    • 著者名/発表者名
      越野和樹,中村泰信
    • 学会等名
      日本物理学会第67回年次大会
    • 発表場所
      西宮
    • 年月日
      2012-03-26
  • [学会発表] トランズモン型超伝導量子ビットの量子光学応答:三準位着衣状態の観測(実験)2012

    • 著者名/発表者名
      中村泰信, 他
    • 学会等名
      日本物理学会第67回年次大会
    • 発表場所
      西宮
    • 年月日
      2012-03-26
  • [学会発表] 偏光に関する一般化測定における測定誤差と擾乱の不確定性関係の実験的評価2012

    • 著者名/発表者名
      So-Young Baek, 他
    • 学会等名
      日本物理学会第67回年次大会
    • 発表場所
      西宮
    • 年月日
      2012-03-26
  • [学会発表] III-V族自己形成型半導体量子ドットにおける3パルスフォトンエコー2012

    • 著者名/発表者名
      朝倉健太, 他
    • 学会等名
      日本物理学会第67回年次大会
    • 発表場所
      西宮
    • 年月日
      2012-03-24
  • [学会発表] InAlGaAs/AlGaAs量子ドットにおける顕微分光II2012

    • 著者名/発表者名
      関圭介, 他
    • 学会等名
      日本物理学会第67回年次大会
    • 発表場所
      西宮
    • 年月日
      2012-03-24
  • [学会発表] 時間分解2光子偏光分光法によるCuCl薄膜及び微小共振器中励起子分子寿命の評価2012

    • 著者名/発表者名
      松浦心平, 他
    • 学会等名
      日本物理学会第67回年次大会
    • 発表場所
      西宮
    • 年月日
      2012-03-24
  • [学会発表] Multi-photon quantum optics and quantum information2012

    • 著者名/発表者名
      K.Edamatsu
    • 学会等名
      The 5th International Symposium and the 4th Student-Organizing International Mini-Conference on Information Electronics Systems
    • 発表場所
      Sendai, Japan
    • 年月日
      2012-02-23
  • [学会発表] Activation of bound entanglement in a four-qubit Smolin state2012

    • 著者名/発表者名
      F.Kaneda, et al
    • 学会等名
      The 5th International Symposium and the 4th Student-Organizing International Mini-Conference on Information Electronics Systems
    • 発表場所
      Sendai, Japan
    • 年月日
      2012-02-23
  • [学会発表] Generation and characterization of polarization-entangled photon pairs using two-period quasi-phase-matched LiNbO_32012

    • 著者名/発表者名
      W.Ueno, et al
    • 学会等名
      The 5th International Symposium and the 4th Student-Organizing International Mini-Conference on Information Electronics Systems
    • 発表場所
      Sendai, Japan
    • 年月日
      2012-02-23
  • [学会発表] Pure single-photon source for quantum information processing2012

    • 著者名/発表者名
      R.-B.Jin, et al
    • 学会等名
      The 5th International Symposium and the 4th Student-Organizing International Mini-Conference on Information Electronics Systems
    • 発表場所
      Sendai, Japan
    • 年月日
      2012-02-23
  • [学会発表] Excitonic Rabi oscillations in Self-assembled Semiconductor Quantum Dot Utilizing Photon Echo Spectroscopy2012

    • 著者名/発表者名
      K.Asakura, et al
    • 学会等名
      The 5th International Symposium and the 4th Student-Organizing International Mini-Conference on Information Electronics Systems
    • 発表場所
      Sendai, Japan
    • 年月日
      2012-02-23
  • [学会発表] Bipolaritonic effect in CuCl microcavities2012

    • 著者名/発表者名
      S.Matsuura, et al
    • 学会等名
      The 5th International Symposium and the 4th Student-Organizing International Mini-Conference on Information Electronics Systems
    • 発表場所
      Sendai, Japan
    • 年月日
      2012-02-23
  • [学会発表] Electron spin state tomography with coherent Kerr effect2012

    • 著者名/発表者名
      稲垣卓弘, 他
    • 学会等名
      第6回半導体における動的相関電子系の光科学(DYCE)シンポジウム
    • 発表場所
      宇治
    • 年月日
      2012-01-05
  • [学会発表] InAlGaAs/AlGaAs量子ドットにおける顕微分光2011

    • 著者名/発表者名
      関圭介, 他
    • 学会等名
      第22回光物性研究会
    • 発表場所
      熊本
    • 年月日
      2011-12-10
  • [学会発表] III-V族半導体量子ドットにおけるスペクトル分解フォトンエコー2011

    • 著者名/発表者名
      渡邉俊太, 他
    • 学会等名
      第22回光物性研究会
    • 発表場所
      熊本
    • 年月日
      2011-12-10
  • [学会発表] 量子光学用非線形媒質としてのシリコン細線導波路2011

    • 著者名/発表者名
      枝松圭一
    • 学会等名
      第16回シリコンフォトニクス時限研究専門委員会研究会
    • 発表場所
      調布(招待講演)
    • 年月日
      2011-11-25
  • [学会発表] Multi-photon quantum interference and quantum information2011

    • 著者名/発表者名
      K.Edamatsu
    • 学会等名
      NII Shonan Meeting "Hybrid Quantum Devices"
    • 発表場所
      Hayama, Japan(invited talk)
    • 年月日
      2011-11-06
  • [学会発表] 多光子エンタングルメントの生成と量子情報実験2011

    • 著者名/発表者名
      金田文寛、枝松圭一
    • 学会等名
      第2回先端フォトニクスシンポジウム
    • 発表場所
      東京
    • 年月日
      2011-10-07
  • [学会発表] 束縛エンタングルメントの活性化の観測2011

    • 著者名/発表者名
      金田文寛, 他
    • 学会等名
      日本物理学会2011年秋季大会
    • 発表場所
      富山
    • 年月日
      2011-09-24
  • [学会発表] CuCl微小共振器中における励起子分子?光子結合状態II2011

    • 著者名/発表者名
      松浦心平, 他
    • 学会等名
      日本物理学会2011年秋季大会
    • 発表場所
      富山
    • 年月日
      2011-09-23
  • [学会発表] 固体共振器QED系の共鳴蛍光理論:位相緩和の効果2011

    • 著者名/発表者名
      越野和樹
    • 学会等名
      日本物理学会2011年秋季大会
    • 発表場所
      富山
    • 年月日
      2011-09-22
  • [学会発表] Λ型三準位系を用いた決定論的光子量子ゲート理論2011

    • 著者名/発表者名
      越野和樹
    • 学会等名
      日本物理学会2011年秋季大会
    • 発表場所
      富山
    • 年月日
      2011-09-21
  • [学会発表] 光子から半導体中の電子スピンへの量子状態転写のプロセストモグラフィ測定実験2011

    • 著者名/発表者名
      稲垣卓弘, 他
    • 学会等名
      日本物理学会2011年秋季大会
    • 発表場所
      富山
    • 年月日
      2011-09-21
  • [学会発表] InAlGaAs/AlGaAs量子ドットにおける顕微分光2011

    • 著者名/発表者名
      関圭介, 他
    • 学会等名
      日本物理学会2011年秋季大会
    • 発表場所
      富山
    • 年月日
      2011-09-21
  • [学会発表] III-V族自己形成型半導体量子ドットの励起子ラビ振動における局所電場効果III2011

    • 著者名/発表者名
      朝倉健太, 他
    • 学会等名
      日本物理学会2011年秋季大会
    • 発表場所
      富山
    • 年月日
      2011-09-21
  • [学会発表] III-V族自己形成型半導体量子ドットにおけるスペクトル分解フォトンエコーII2011

    • 著者名/発表者名
      三森康義, 他
    • 学会等名
      日本物理学会2011年秋季大会
    • 発表場所
      富山
    • 年月日
      2011-09-21
  • [学会発表] 固体発光素子からの単一光子の諸性質:位相緩和の効果2011

    • 著者名/発表者名
      伊與田英輝, 加藤岳生, 越野和樹
    • 学会等名
      日本物理学会2011年秋季大会
    • 発表場所
      富山
    • 年月日
      2011-09-21
  • [学会発表] Efficient generation and activation of bound entanglement in optical qubits2011

    • 著者名/発表者名
      F.Kaneda, et al
    • 学会等名
      The joint 2011 International Quantum Electronics Conference/Conference on Lasers and Electro-Optics Pacific Rim
    • 発表場所
      Sydney, Australia
    • 年月日
      2011-08-30
  • [学会発表] Generation of polarization-entangled photon pairs using two-period quasi-phase-matched LiNbO_32011

    • 著者名/発表者名
      W.Ueno, et al
    • 学会等名
      The joint 2011 International Quantum Electronics Conference/Conference on Lasers and Electro-Optics Pacific Rim
    • 発表場所
      Sydney, Australia
    • 年月日
      2011-08-30
  • [学会発表] Biexciton in CuCl microcavity observed by spectrally-resolved four wave mixing2011

    • 著者名/発表者名
      S.Matsuura, et al
    • 学会等名
      The 19th Int.Conf.on Electronic Properties of Two-Dimensional Systems and the 15th Int.Conf.on Modulated Semiconductor structures
    • 発表場所
      Tallahassee, U.S.A.
    • 年月日
      2011-07-25
  • [学会発表] Generation and superactivation of bound entanglement2011

    • 著者名/発表者名
      F.Kaneda, et al
    • 学会等名
      The European Conference on Lasers and Electro-Optics and the 12th European Quantum Electronics Conference
    • 発表場所
      Munich, Germany
    • 年月日
      2011-05-26
  • [学会発表] Measurement of reduced four-photon de Broglie wavelength at telecom wavelength2011

    • 著者名/発表者名
      M.Yabuno, et al
    • 学会等名
      The European Conference on Lasers and Electro-Optics and the 12th European Quantum Electronics Conference
    • 発表場所
      Munich, Germany
    • 年月日
      2011-05-22

URL: 

公開日: 2013-06-26  

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