密度行列分光による量子もつれ物性とそのダイナミクスの研究

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昨年に引き続き，偏光と周波数の物理量に対する量子もつれについての研究をそれぞれ進めている．したがって，本年度の主な研究成果を以下２つに分けて示す．[I]偏光量子もつれに着目した励起子分子の量子もつれダイナミクス:これまで半導体励起子分子に内在する量子もつれについて偏光（スピン）自由度に着目したDMSにて測定を行ってきた.特に本年度は，これまで研究した励起子分子の散乱とは別の過程に着目して研究を行った．新たに着目した散乱過程では，励起子分子から光子様ポラリトンと励起子様ポラリトンへと分裂する．特に，励起子様ポラリトンはほぼ励起子とみなせる状態であり，群速度が非常に遅く結晶中に長くとどまることが知られている．本研究ではこの分裂した２量子間の量子もつれを調べた結果，これまで測定されてきた励起子分子の量子もつれより有意に低いTangle（量子もつれの度合い）の値を示すことが明らかとなった．励起子分子に関する量子もつれがこの様に変化(減衰)する様子は今回初めて観測された.[II]周波数量子もつれに着目した励起子分子，２励起子重ね合わせ状態のダイナミクス:励起子分子における周波数量子もつれに着目し，これを観測するための二光子吸収型の周波数領域DMSを開発し，本年度初めて測定に至った．その結果，周波数領域の密度行列の測定及びそこから周波数の量子もつれの定量化に初めて成功した．励起子分子から放出された二光子については周波数相関や二光子干渉を測定した例はこれまであったが，周波数の量子もつれを定量化しこれを明らかにしたのは本研究が初めてである．また，GaAs量子井戸に対してポンプ・プローブ型の周波数領域DMSも引き続き行い，昨年度より精度の高い結果を得るに至った．また，得られた密度行列から量子コヒーレンスとその変化を定量化する解析を進めている．