量子ドットへの単一光子照射による単一電子生成と電子スピンへの情報転写の研究

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長距離伝送を担う光子から固体量子演算素子の量子、特に量子ドット中の電子スピンヘ量子情報の転写の実現は将来の量子情報通信の基盤技術として非常に重要である。本年度は量子情報転写の第一段階として、単一光子の円偏光を量子ドット中の単一電子スピンで検出するという、単一光子から単一電子スピンヘの角運動量転写の実験に取り組んできた。本年度はまず、単一光子の円偏向を単一電子スピンにより検出する実験法を以下のように考案した。円偏向した微弱レーザを擬似単一光子源として使用し、量子ドット中にスピン選択的に単一電子-正孔対を励起する。横型量子ドットでは光生成された単一電子のみが量子ドットに束縛される。電子スピンの検出には量子ドットに近接する量子ポイントコンタクト(QPC)による電荷検出法を使い、円偏向した単一光子が生成した単一電子がスピン上向きあるいは下向きのどちらのゼーマン分裂状態を占有するかを測定することで電子スピン向きとして右・左円偏光を検出する。次に上記の実験を行うための試料作製を行なった。試料は、GaAs/AlGaAs2次元電子とゲート電極によって静電的に形成される横型量子ドットと単一電荷検出用のQPCから成る。ここで量子ドットにのみ光が照射されるように、ドット直上に微小開口を持つ金属マスクの作成法を確立した。これはGaAs/AlGaAs2次元電子の光照射で特有な永続的な電荷の蓄積を避け、電荷検出の安定化を図るためであり、今後の実験の成否の鍵を握る重要な技術であり、当初計画どおり本年度に達成できた。また永続的な効果を抑える別の手段として、Al濃度の異なる2次元電子基板の使用を検討し、光照射効果と電荷読出しの電気的な安定性の評価も行なった。今後は作成した試料を用いて、単一光子から単一電子スピンヘの角運動量の転写実験の実現を目指す。