半導体量子構造を用いた量子演算に関する研究

利用半导体量子结构进行量子运算的研究

• 批准号: 02J00316
• 负责人: 笹倉 弘理
• 金额: $ 1.28万
• 依托单位: Hokkaido University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2002
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2002 至 2003
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-02J00316/
• 关键词: 量子情報処理; 半導体量子ドット; 量子ドット; 量子演算

半導体量子ドットは量子演算を行う素子として注目を集めている。しかし、その物性に関してまだ未知な部分が多く残されおり、特に量子演算において重要な、演算可能時間及びステップ数を決める電子のスピン緩和について、実験的検証が済んでいない状況であった。非対称3重結合量子ドットにおける2電子間の相互作用を数値計算により求めた。この結果から2電子間のクーロン相互作用によって量子演算エラーが生じる可能性があることが解り、そのエラーを抑制するための設計指針を得た。またこの指針をもとに3重結合量子ドットをデザインし、独自の量子ゲートの動作を密度行列の時間発展により確認した。分子線エピタキシー結晶成長装置により多重結合量子ドットを作製し、光学的な評価により量子演算動作可能時間を与えるデコヒーレンスの静的及び動的な要因について調査した。量子ドット中のキャリアに関する様々な緩和過程を測定するための試料(積層量子ドット、InAlAs/AlGaAs QD)を作製した。Alを混入することによる量子ドットの励起子発光の短波長化は結晶性が多少悪くなるものの、位相緩和、スピン緩和を測定する強力な測定法である、四光波混合法といった非線形分光法の適用を可能にするため有効な手段である。780-850nmに励起子発光のある量子ドットを作製した。これは汎用のfs秒Ti : Sappaire pulseレーザが使用できる領域であり、その結果800ps程度のスピン緩和時間を得た。量子ドット内の局在電子スピンを量子ビットとして用いる場合、静的なデコヒーレンスは一般的に単一スピンの緩和過程が主たる担い手である。一方、量子情報処理時(量子ゲート動作時)のデコヒーレンスについて調べるため、非対称結合量子ドット(InGaAs+InAlAs/AlGaAs QDs)を作製し、円偏光励起の時間分解測定によりスピン緩和時間を調べた。量子ドット間の結合の強さを変えた試料を作製したところ、InGaAs量子ドット中のキャリアスピンは結合が強いと早く緩和(3ns〜1ns)した。この現象はDresselhaus効果に起因するものと考えられ、波動関数の対象性からInAlAs量子ドットの基底準位とInGaAs量子ドットの励起準位の間で生じる現象であり、基底準位間の共鳴励起による制御には直接効いてこない。この種の緩和を抑制する制御手法の設計指針を得た。

Semiconductor Quantum Calculation and Quantum Calculation.しかし、そのphysical propertiesに关してまだUnknownなpartが多く residualされおり、特にquantum calculationにおいてimportantな、calculation can It can be time and time and the number of time and the electronic のスピン ease について, 実験's 検证が済んでいない condition であった. Asymmetric 3-fold combined quantum ドットにおける2 The interaction between electrons and the numerical value calculation are done.このRESULT から2 のクーロンinteraction between electrons によってquantum calculation エラーが生じる possibility が あ る こ と が solution り, そ の エ ラ ー を suppression す る た め の design pointer を got た.またこのPointer をもとに3fold combined quantum ドットをデザインし, solo のquantum ゲートのaction をdensity row のtime 発Develop によりconfirmation した. Molecular wire crystal growth device, multi-combination quantum technology, and optical technology. The possible time of the quantum calculation action and the reason for the static and dynamic reasons are investigated. Quantum ドット中のキャリアに关する様々なeasing process をmeasurement するための sample (laminated quantum ドット, InAlAs/AlGaAs QD) was produced. Al is mixed with the quantum ドットの excited starter to shorten the wavelength of the light, the crystallinity is much, the phase is relaxed, and the スピン is relaxed The measurement method is a strong measurement method, the four-light wave mixing method is a non-linear spectroscopic method, and the possible method is an effective method. 780-850nm に 発光のあるQuantum ドットを is produced by した.これは universal use のfs seconds Ti: Sappaire pulse レーザが use できる domain であり, その result 800ps degree のスピン ease time をget た. Quantum ドット内のbureau In the case where the electronic スピンをquantum ビットとして is used, static なデコヒーレンスはgeneralに単一スピンのeasing processが主たる聄手である. On the one hand, during quantum information processing (quantum operation time) のデコヒーレンスについて Adjustment, asymmetric combined quantum ドット (InGaAs+InAlAs/AlGaAs QDs) were produced and measured using the time decomposition of polarized light excitation and the relaxation time of QDs. Quantum ドット间の强さを変えたSample production したところ、InGaAs quantumドット中のキャリアスピンは Combined with strong いとEarly く ease (3ns~1ns) した. The origin of the Dresselhaus effect, the origin of the Dresselhaus effect, and the fluctuation threshold of the phenomenon. InAlAs quantum basis. The InGaAs quantum excitation produces a phenomenon between the levels, and the resonance excitation between the base levels has a direct effect on the control.このkind of easing を suppressing するcontrol technique の design pointer を got た.

项目成果

S.Adachi, H.Sasakura, S.Muto, K.Hazu, T.Sota, S.F.Chichibu, T.Mukai: "Exciton-exciton correlation effects on FWM in GaN"Physica status solidi (b). 240/2. 348-351 (2003)

S.Adachi、H.Sasakura、S.Muto、K.Hazu、T.Sota、S.F.Chichibu、T.Mukai：“激子-激子相关效应对 GaN 中 FWM 的影响”物理状态固体 (b)。

H.Sasakura, S.Adachi, S.Muto, H.Z.Song, T.Miyazawa.Y.Nakata: "Carrier tunneling in asymmetric coupled quantum dots"PHYSICA E. 21/2-4. 511-515 (2004)

H.Sasakura、S.Adachi、S.Muto、H.Z.Song、T.Miyazawa.Y.Nakata：“非对称耦合量子点中的载流子隧道效应”PHYSICA E. 21/2-4。

H.Sasakura, S.Adachi, S.Muto, T.Usuki, M.Takatsu: "Coulomb interaction in asymmetric triple-coupled quantum dots"Semiconductor Science and Technology. 19/4. S409-S411 (2004)

H.Sasakura、S.Adachi、S.Muto、T.Usuki、M.Takatsu：“不对称三重耦合量子点中的库仑相互作用”半导体科学与技术。

H.Sasakura, S.Adachi, S.Muto, H.Z.Song, T.Miyazawa, T.Usuki: "Spin depolarization via tunneling effects in asymmetric double quantum dot structure"Japanese Journal of Applied Physics. (掲載決定). (2004)

H.Sasakura、S.Adachi、S.Muto、H.Z.Song、T.Miyazawa、T.Usuki：“通过非对称双量子点结构中的隧道效应实现自旋去极化”（日本应用物理学杂志）（2004 年出版）。

H.Sasakura, S.Adachi, S.Muto: "Quantum gates based on electron spins of triple quantum dot"Japanese Journal of Applied Physics. 42. 6308-6313 (2003)

H.Sasakura、S.Adachi、S.Muto：“基于三重量子点电子自旋的量子门”日本应用物理学杂志。