高次元ポアンカレ球-高次元ブロッホ球間の光子-スピン幾何学位相変換

高维庞加莱球与高维布洛赫球之间的光子自旋几何相变

基本信息

批准号：
22H01981
负责人：
森田健
金额：
$ 11.23万
依托单位：
Chiba University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

スピン角運動量と軌道角運動量を同時に併せ持ち,１光子あたり２量子ビット持つことができる光子の拡張形である「高次光子」に着目し,その高次状態から半導体中の電子スピン状態へのコヒーレント転写を試みた. それにより,1量子あたり2量子ビットを持つ新しい高次スピン状態の実現を目指した．我々は「ポアンカレ球上の光子」と「ブロッホ球上の電子スピン」の相似性を基に,「高次ポアンカレ球上の高次光子」に対応した「高次ブロッホ球上の高次スピン」を新らたに提案し, 磁場中の歳差運動も含めた高次スピン状態の理論を確立した. 実験では，はじめにV 型３準位系を有するGaAs/AlGaAs 半導体量子井戸を用い，「ガウス光子」から「電子スピン」へのコヒーレント転写を試み成功した．次に光子の拡張状態である「高次光子」を生成し，その高次光子特有の空間依存した位相情報を半導体中の電子系へのコヒーレント転写を試みた．高次光子から転写された半導体中の電子スピンの空間分布は，外部磁場によって回転することが分かり，高次光子の空間依存した位相情報のコヒーレント転写に成功した．一連の結果は，空間構造を有する高次光子から半導体中電子系への「スピン角運動量」と「軌道角運動量」の同時転写を示唆するもので，新たな量子情報処理技術に役立つ重要な知見が得られた．

专注于“高阶光子”，这是一种扩展的光子形式，可以同时结合旋转角动量和轨道角动量，并且每个光子具有两个Qubits，我们尝试了从高阶状态到半导体中电子旋转状态的相干传递。这是为了实现一个新的高阶旋转状态，每个量子有两个量子位。基于“庞贝雷球体上的光子”和“ bloch球上的电子旋转”之间的相似性，我们提出了一个新的“高阶bloch球体上的更高旋转”，该旋转对应于“高阶Poincare Sphere上的高阶光子”，并确定了较高级别的旋转状态的理论，包括磁场中的prospession。在实验中，我们首先尝试使用GAAS/Algaas半导体量子量从“高斯光子”转移到“电子旋转”，并使用V型三级系统井井有条，并成功尝试从“高斯光子”转移到“电子旋转”。接下来，我们生成的“较高光子”是光子的扩展状态，并试图将较高光子独特的空间依赖相信息传递到半导体中的电子系统中。发现从高阶光子转移的半导体中电子旋转的空间分布是通过外部磁场旋转的，并且高阶光子的空间依赖相位信息的相干传递成功。一系列结果表明，“自旋角动量”和“轨道角动量”从具有空间结构的高阶光子转移到半导体中的电子系统，提供了在新的量子信息处理技术中有用的重要发现。

项目成果

期刊论文数量（6）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

半導体中高次光子-高次スピン状態変換の観測

半导体中高阶光子-高阶自旋态转换的观察

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
佐藤壮太，松元俊基，揖場聡;石原淳;宮本克彦;尾松孝茂;森田健
通讯作者：
森田健

Electron spin state with azimuthal phase factor in extended Bloch sphere

扩展布洛赫球中具有方位角相位因子的电子自旋态

DOI：
发表时间：
2023
期刊：
影响因子：
0
作者：
Ken Morita;Sota Sato;Shota Akei;Toshiki Matsumoto;Jun Ishihara; Satoshi Iba;Katsuhiko Miyamoto;Takashige Omatsu
通讯作者：
Takashige Omatsu

Higher-order Bloch sphere: geometric representation of Larmor precession of the higher-order spin states

高阶布洛赫球：高阶自旋态拉莫尔进动的几何表示

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Sota Sato;Toshiki Matsumoto;Satoshi Iba;Katsuhiko Miyamoto;Takashige Omatsu;Ken Morita
通讯作者：
Ken Morita

集光したベクトル渦ビーム励起による半導体中のスピン空間分布シミュレーション

使用聚焦矢量涡旋束激励模拟半导体中的自旋空间分布

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Makoto Kasu;Seong-Woo Kim;松元俊基,佐藤壮太,森田健
通讯作者：
松元俊基,佐藤壮太,森田健

Characterization of the out-of-plane Dresselhaus effective magnetic field in InGaAs/InAlAs (110) multiple quantum wells at room temperature

室温下 InGaAs/InAlAs (110) 多量子阱中面外 Dresselhaus 有效磁场的表征

DOI：
10.35848/1347-4065/acbff6
发表时间：
2023
期刊：
Japanese Journal of Applied Physics
影响因子：
1.5
作者：
Sato Shota;Sugaya Kyohei;Nakanishi Koichi;Yokota Nobuhide;Kohda Makoto;Morita Ken
通讯作者：
Morita Ken