| 研究概要 |
光子の量子状態を別の光子を用いて制御する「全光学的量子制御」は現代物理学の最も挑戦的な課題の一つです.そのために最も有望な系が「共振器+少数準位量子系」ですが,これを集積性の面で優れた半導体にて実現し,様々な量子光学デバイスを提案することが本研究の大目標です.「共振器+少数準位量子系」は原子分子系において既に実現されていますが,半導体など固体における最大の注意点は,格子振動が物質中素励起のエネルギーに揺らぎを与えるため,輻射緩和と純位相緩和とが共存する点です.よって本年度は,固体量子系に特有の,純位相緩和を扱う理論手法の開発に注力しました.
輻射緩和を理論的に扱う際の標準的処方箋は,輻射緩和の源となる輻射場と少数準位量子系とを非対角的に結合させることでした.これを「純位相緩和の源となる格子振動場を線形分散を有するボゾン場として導入し,それを対象となる少数準位量子系と対角的に結合させ,全系の動力学をハイゼンベルグ方程式により解く」という方法により,純位相緩和へと拡張しました.この手法には(1)輻射緩和・純位相緩和を共に環境自由度との相互作用により導入しているため,両緩和機構のインタープレイについても曖昧さなく解析可能である(2)線形分散場としての性質により,環境自由度を近似無しに消去できる,という理論的便利さがあります.この手法をΛ型三準位系の単一光子に対する光学応答に適用し,純位相緩和がどのようにラマン遷移効率に影響するかなどを明らかにしました.
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