可干渉単一光子光源の多集積によるスケーラブル光量子回路の研究

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光を用いた量子情報処理の高度化に向けて、必要な素子すべてを小さなチップに集約する、集積量子光回路に関する研究が急速に進められている。特にシリコン(Si)フォトニクスを活用する集積量子光回路は、CMOS技術と呼ばれる成熟した加工技術に基づいた光回路の大規模化・多機能化・高品質化が期待される点で極めて有望である。一方、スケーラブルな光量子情報処理を光回路上で実現する上で、決定論的に動作可能な固体量子光源の集積は重要な課題である。中でも化合物半導体量子ドット(QD)は高純度な単一光子を決定論的かつ高速レートで発生できる優れた量子光源であり、既存の集積光回路上におけるQD光源のハイブリッド集積は、量子光回路のスケールアップを目指す上で非常に注目されている。しかし、従来のQD集積手法はその作製プロセスの複雑さから、最先端集積光技術との組合せがとりわけ困難であった。また加工プロセスの複雑さから、所望の特性を有するQD光源の集積や、そのチップ上での高効率な動作も課題であった。上記の課題を一挙に解決すべく、申請者は転写プリント法と呼ばれる新しい集積手法を基軸としたQD光源の集積光回路上ハイブリッド集積技術の開発に取り組んできた。同手法を活用することで、QD光源―光導波路間の高い結合効率の実現、CMOSプロセスされたSi光回路上へのQD光源のハイブリッド集積に成功し、さらには複数QD光源を1つのSi光回路上に集積し、それらのチップ上相対波長制御にも成功した。また高効率な光子の取り出しに向けた一方向出力が可能なチップ上QD光源構造の実現や、光ファイバーの実装されたSi光回路に対するQD光源を集積など、開発した転写プリント技術を活用した発展的な実験にも取り組んだ。