固体光源から発生する光子対の量子もつれに関する研究とその量子情報応用

固态光源产生的光子对的量子纠缠研究及其在量子信息中的应用

• 批准号: 24226007
• 负责人: 末宗 幾夫
• 金额: $ 54.91万
• 依托单位: Hokkaido University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (S)
• 财政年份: 2012
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2012-05-31 至 2017-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-24226007/
• 关键词: 量子ドット; 単一光子; 量子もつれ; 光子対; 量子情報; クーパー対; 微小光共振器; 金属埋め込み

本研究では、これまで進めてきた金属埋め込み構造による単一光子発生と単一光子純度の向上、光子取り出し効率の増大量子もつれ光子対の同時生成に関する研究とその量子情報応用に関する検討を進める。本年度は特に長距離の量子情報通信で重要な単一光子発生純度の向上に向けて、これまで用いられてきた理論的な評価方法に根本的な問題点があることを指摘し、新たな評価方法を提示した。これによって、単一光子純度を示す２次の相関関数の値g(2)(τ=0)の値として、発光波長950nm帯のInAs/GaAs系量子ドットを使って世界最低レベルの0.003を実現した。さらにこれをナノコーン構造に加工して金属（銀）に埋め込むことにより、ごく最近光子取り出し効率として24%と高い量子効率を実現した。また発光波長1550nm帯のInAs/InP系量子ドットを銀の中に埋め込み，30倍以上の発光増強を確認し、現在その光子取り出し量子効率の絶対値の見積もりを進めている。超伝導体から電子クーパー対を半導体量子ドットへ注入し、電子対の同時再結合により量子もつれ光子対の同時発生を目指す研究は、これまで量子井戸構造の評価にとどまっていた。本年，一度に一対の光子対を生成するのに欠かせない量子ドット構造を含むn型ドープ半導体構造に電子クーパー対を注入し、超伝導体に近接するバリア層において電子クーパー対の発光再結合による発光増強の再現に成功した。現在量子ドットへの電子クーパー対注入の確認実験を進めている。量子ドットから光子対を同時生成するもう一つの方法として、微小光共振器を用いる方法が提案されている。我々の提案する金属埋め込み構造は、発生した光子対を同じ確率で表面から取り出すことができ量子情報に応用しやすい特長を持つ。本年度，金属埋め込み構造としては世界最高の共振Q値7000を観測し，現在さらに検討を進めつつある。

In this study, we have made progress in the research of single photon generation, single photon purity, single photon extraction efficiency, large quantum photon pair simultaneous generation and quantum information application. This year's long-distance quantum information communication is very important. The upward direction of photon emission purity is pointed out by the evaluation method of the theory. For this reason, the purity of a single photon shows the value of the second-order correlation g(2)(τ=0), which is the lowest in the world for InAs/GaAs quantum devices in the wavelength range of 950nm. The most recent photon extraction efficiency is 24% and the highest quantum efficiency is achieved. InAs/InP quantum dots in the wavelength band of 1550nm are embedded in silver, and more than 30-fold increase in emission intensity is confirmed. Now, all photons are extracted, and the absolute value of quantum efficiency is increased. Superconductor electron pair semiconductor quantum electron injection, electron pair simultaneous recombination, quantum electron pair simultaneous generation, research and evaluation of quantum well structures This year, a pair of photon pairs were generated in quantum structures including n-type semiconductor structures, electron pairs were injected into the semiconductor layers, and superconductors were connected to the semiconductor layers. Now the quantum electron injection confirmation process is in progress. A method for simultaneous generation of quantum photons is proposed, and a method for the application of micro-optical resonators is proposed. We propose that the structure of the metal buried in the surface of the surface. This year, the highest resonance Q value of 7000 in the world has been measured, and now it is being discussed.

项目成果

北海道大学電子科学研究所ナノ光機能材料研究分野

北海道大学电子科学研究所纳米光功能材料研究部

“Fabrication and Characterization of Semiconductor Nanostructures for Their Quantum Information Applications”

“用于量子信息应用的半导体纳米结构的制造和表征”

• 发表时间: 2013
• 作者: 中島秀朗; 熊野英和; 飯島仁史; 末宗幾夫;Ikuo Suemune
• 通讯作者: Ikuo Suemune

Reduction of Interdot Coupling and Photoluminescence Quenching in Telecommunication Band Low Density InAs Quantum Dots Grown on InP (311)B

InP (311)B 上生长的低密度 InAs 量子点在电信频段中减少点间耦合和光致发光猝灭

• 发表时间: 2012
• 作者: 中島秀朗; 熊野英和; 飯島仁史; 末宗幾夫;Ikuo Suemune;H. Nakajima;N. A. Jahan
• 通讯作者: N. A. Jahan

Anomalous dip observed in intensity autocorrelation function as an inherent nature of single-photon emitters

• DOI: 10.1063/1.4760222
• 发表时间: 2012-10-15
• 期刊: APPLIED PHYSICS LETTERS
• 影响因子: 4
• 作者: Nakajima, H.;Kumano, H.;Suemune, I.
• 通讯作者: Suemune, I.

「半導体量子ドットを用いた量子もつれ光子対の生成」

“使用半导体量子点生成纠缠光子对”

• 作者: 中島秀朗; 熊野英和; 飯島仁史; 末宗幾夫;Ikuo Suemune;H. Nakajima;N. A. Jahan;黒田 隆
• 通讯作者: 黒田 隆