弱い光学非線形性をもつ媒質における単一光子誘起位相シフト測定技術の確立とその応用

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上記研究課題遂行の為、研究代表者は前年度に光ファイバを用いた単一光子誘起位相シフトの測定に成功している。手軽に入手可能な光ファイバを用いて非常に微弱な単一光子非線形性の測定技術が確立されたことで、他の媒質や異なる入射光量子状態に対する非線形応答の測定が可能となり、将来の量子情報処理に対する新たな知見を得るための新たなテストベッドが確立された。本年度は同一レベルの異なる非線形応答を持つデバイスとして、シリコン細線導波路における微弱光誘起光学非線形性の観測を行った。シリコンの透過帯域である通信波長帯のパルスレーザーを用いて実験を行った結果、よく知られた光カー効果と二光子励起キャリアによる位相変調に加え、一光子励起キャリアによる微弱な位相変調が観測された。この現象は微弱光領域におけるシリコンの光非線形性の測定により初めて観測され、他の研究グループにおけるシリコンデバイスの性能評価に早速寄与している。また英国ブリストル大学のJeremy O'Brien教授の研究グループと共同で、複数光路を待つSiO_xN_y方向性結合器における、相関光子対の強度相関測定を行った。そのようなデバイスは量子ウォークと呼ばれる、量子力学的な粒子に特有の振る舞いを示し、量子計算などへの応用が見込まれていることから、近年世界中で精力的に研究されている。我々は世界で初めて非古典的な入射光子に対する量子ウォークの測定に成功した。