| 研究課題/領域番号 |
24760037
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| 研究種目 |
若手研究(B)
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
太田 泰友 東京大学, ナノ量子情報エレクトロニクス研究機構, 特任助教 (90624528)
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| 研究期間 (年度) |
2012-04-01 – 2014-03-31
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| キーワード | 応用光学・量子光工学 / 量子情報 / 量子ドット / フォトニック結晶 / 微小共振器 |
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| 研究概要 |
単一光子過程は、光と物質の相互作用において最も基礎的であり、かつ多くの場合において支配的である。しかし、光の場を微小共振器により増強すれば、高次の過程である二光子過程を支配的にできる場合があり、その顕著な例として、半導体量子ドット‐ナノ共振器結合系からの二光子自然放出が挙げられる。本研究では、量子ドット-微小共振器結合系における二光子過程を活用することで、量子情報処理に有用な光子対の生成を目指している。また、これらの光源に関して実験・理論の両面から理解を深めることで、二光子過程を使った量子情報デバイスに関するさらなる発展の基礎を築くことを目的としている。
本年度は、まず量子ドット-微小共振器結合系の高精度作製に取り組んだ。高い共振器モードQ値と小さい共振器体積を保ったまま、高い光取り出し効率を実現するフォトニック結晶ナノ共振器構造を提案し、拡充した顕微分光測定系を用いた実験により実証することに成功した。この共振器は原理的には縮退する偏光の直交した共振器モードを有するため、偏光もつれ光子源への応用が期待される。加えて、共振器内二光子過程の基礎的な研究として、共振器内自己第二高調波発生を調べた。共振の場の増強効果により、平均光子数が0.1という状況においても、観測可能な量の高調波を生成できることを実証した。また、その生成過程が、光の量子統計性に大きく影響されていることを、実験に加えて量子マスター方程式を基礎とした理論を用いて明らかにすることに成功した。さらに、この自己共振器内第二高調波発生が、量子ドット-微小共振器結合系からの単一や二光子自然放出を識別する手法へ応用できることを発見し、理論計算により実証した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
次年度につながる、分光測定系の拡充、フォトニック結晶ナノ共振器の高性能化、および新たな量子相関の評価方法の提案に成功したため。
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| 今後の研究の推進方策 |
量子ドット－微小共振器結合系からの発光を様々な観点から評価し、その量子力学的性質を制御・分析するために、光学系の拡充を中心とした実験系の増強を目指す。加えて、量子マスター方程式を基礎とした解析手法を発展させつつ、量子ドット－微小共振器結合系からの発光および自己高調波発生に関してより深い量子物理的知見を得るべく理論的な基礎研究も進める。
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| 次年度の研究費の使用計画 |
光学系の拡充のために消耗品を中心とした光学部品を次年度前半に購入することを予定している。また、実験の進捗状況に合わせてシリコンアバランシェフォトダイオードによる単一光子検出器（1,853千円×1台）の購入を検討する。
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