金属埋め込み構造を用いた量子ドットからの高効率キュビット生成に関する研究

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半導体量子ドット(QD)内部で形成される孤立した単一二準位系では, 確定的な単一光子発生が可能な非古典光源であり, その発生光子を情報のキャリア(キュビット)として利用することで, 高い秘匿性を持つ量子暗号通信への応用が大いに期待される. 今後の研究展開に向けては高効率キュビット生成が不可欠な要素技術であり, 研究代表者はQDを金属反射鏡で埋め込む新規構造を提案し, 検討を行っている. 今年度はこの構造を用いて①孤立二準位系生成メカニズムの解明および②QDと外部光学系との結合効率の大幅な改善が確認された.①一般にQD光励起時にて生成されるキャリアは励起子を形成するのみでなく, 荷電状態の遷移といった発光スペクトルの拡散要因として寄与し得る. このQD内部で起こるダイナミクスを2次光子相関測定を用いて精度良く評価し, 更には励起条件を適切に調整する事でダイナミクスの制御が可能である事を見出した. これは孤立二準位系形成を司る重要なメカニズムであり, 応用のみならず学術的にも意義深い.②QDと外部光学系との結合効率は一般的に～1%である. これは半導体と空気との屈折率差に起因しているが, 埋め込み構造における金属面反射を用いることで結合効率は大幅に改善し, 実験的に18～24%といった向上が実証された[2]. また使用構造における構造最適化を検討する事で約90%までの更なる向上が可能である事を電磁界解析によって予測した[3].以上の成果は金属埋め込み構造を用いることで高効率なキュビット発生が可能であることを示唆しており, 量子暗号通信への応用へ向け重要な結果である.【参考文献】[1] H. Nakajima, et al., Phys. Rev. B 88, 045324 (2013). [2] H. Kumano, H, Nakajima, et al., Appl. Phys. Express 6, 062801 (2013). [3] I. Suemune, H. Nakajima, et al., Nanotechnology 24, 455205 (2013).