単一の量子ドットを用いた多量子ビット演算

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1.量子ドットのコヒーレントな光応答の観測光学過程を用いた量子計算とは即ち、物質系のエネルギー準位に共鳴したコヒーレントなパルス光を多段的に照射し、その後の物質系が示す過渡的な量子状態を検出することに他ならない。量子状態の読み出しは、単量子ビット単位で実現せねばならず、そのためには、単一の量子ドットから発する微弱な光学信号を対象として、信号光の強度と位相を同時計測する必要がある。そこで、光の干渉効果を用いた新しい微弱コヒーレンス測定手法を確立し、共鳴励起後の単一量子ドットが示す過渡的発光信号の観測を試みた。具体的には、単一光子レベルで動作可能な干渉系を構築し、単一量子ドットが発する単一光子状態のコヒーレンス時間を決定することに成功した。これにより量子ドット中のデコヒーレンス機構として、試料中に存在する不純物キャリアからの遅い擾乱が主要因となることを見いだした。一方、コヒーレントな状態検知としては、現状で10個程度の量子ドットからの信号が観測可能なレベルに到達しており、今後より高効率な検出系を導入することで、単一状態の状態読み出しに成功したい。2.量子ドット複合体の光学探査空間的に隣接配置した分子状の量子ドット複合体は、多量子ビットを実現する有望な系である。一方、光学実験に要求される程の高品質な量子ドット複合体を作製することは困難であった。所内研究グループとの共同で、自己形成手法により、新しい量子ドット複合構造の創製に成功した。理論および実験の両面から、この系のエネルギー微細構造を決定した。