量子ドットの輸送・光学特性における超放射現象

量子ドットは将来の量子計算機における量子ビットの候補として注目されているデバイスである。報告者は、共通のボソン場と結合した二準位系(量子ビット)の間に自発的にエンタングルメント(量子もつれ)が成長していく超放射現象に着目し、量子計算への応用を想定した研究を行っている。昨年度は半導体二重量子ドット(電荷量子ビット)の非弾性伝導によって、半導体基板の光学フォノンが増幅され、フォノンレーザーやアンチバンチングが実現することを理論的に予言した。今年度は微小機械振動子に埋め込まれた半導体二重量子ドットの電気伝導によって、やはり電気伝導によって増幅されたフォノンの量子状態を観測する方法を理論的に提案した。具体的な方法としては(1)フォノンの生成に用いる二重量子ドットの電流ゆらぎを用いる方法、(2)フォノンの生成に用いる二重量子ドットの近傍に他の二重量子ドットを作成し、フォノン吸収伝導を用いる方法が考えられる。(1)については、フォノンのレーザー発振が実現している場合、二重量子ドットのフォノン放出に対応する電流ピークのまわりで電流ゆらぎが著しく増大し、電流ファノ因子が大きな値をとることがわかった。フォノンのアンチバンチングが生じているとき、このようなふるまいは見られない。(2)については、フォノン吸収に用いる二重量子ドットの電流の値から、生成されているフォノン数の見積もりが得られることがわかった。これらの成果はフォノンを用いた量子情報処理や、量子情報の転送の基礎研究としてきわめて有益であり、今後の研究の進展が期待される。

量子ドットは将来の量子計算機における量子ビットの候補として注目されているデバイスである。報告者は、共通のボソン場と結合した二準位系(量子ビット)の間に自発的にエンタングルメント(量子もつれ)が成長していく超放射現象に着目し、量子計算への応用を想定した研究を行っている。昨年度は半導体二重量子ドット(電荷量子ビット)の非弾性伝導によって、半導体基板の光学フォノンが増幅され、フォノンレーザーやアンチバンチングが実現することを理論的に予言した。今年度は微小機械振動子に埋め込まれた半導体二重量子ドットの電気伝導によって、やはり電気伝導によって増幅されたフォノンの量子状態を観測する方法を理論的に提案した。具体的な方法としては(1)フォノンの生成に用いる二重量子ドットの電流ゆらぎを用いる方法、(2)フォノンの生成に用いる二重量子ドットの近傍に他の二重量子ドットを作成し、フォノン吸収伝導を用いる方法が考えられる。(1)については、フォノンのレーザー発振が実現している場合、二重量子ドットのフォノン放出に対応する電流ピークのまわりで電流ゆらぎが著しく増大し、電流ファノ因子が大きな値をとることがわかった。フォノンのアンチバンチングが生じているとき、このようなふるまいは見られない。(2)については、フォノン吸収に用いる二重量子ドットの電流の値から、生成されているフォノン数の見積もりが得られることがわかった。これらの成果はフォノンを用いた量子情報処理や、量子情報の転送の基礎研究としてきわめて有益であり、今後の研究の進展が期待される。