ｇ因子制御された量子ドットにおける単一光子から単一電子スピンへの量子状態転写

g 因子控制量子点中从单光子到单电子自旋的量子态转移

• 批准号: 13F03322
• 负责人: 樽茶 清悟
• 金额: $ 1.47万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2013
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2013-04-01 至 2016-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-13F03322/
• 关键词: 量子状態転写; 光子電子変換; 光学スピン閉塞効果; 量子ドット; Quantum information; Quantum coherence; Quantum dots; Quantum optics; Semiconductors; Nano physics; Lasers; Condensed matter physics; 量子ビット; ナノテクノロジー; スピン; コヒーレント

本年度は主に以下に述べる光学スピン閉塞効果の実証を行った。この光学スピン閉塞効果は光子の偏光状態から量子ドット中の電子スピンへの量子状態転写の実証に等しく、本研究計画の最大の目標が達成された。具体的には、まず高速かつ高精度の電荷読出しのため、高周波反射法を用いた高速測定系の構築を行った。次に、GaAs基板上に単一の量子ドットデバイスを作製し、面内に磁場を印加した。実験では、光照射前の量子ドットに電子がない状態と電子が一つ入っている状態での単一光子電子変換効率の測定を行った。とくに、励起光の直線偏光の方向と励起波長に対する依存性を調べた。その結果、水平偏光と異なり、垂直偏光の照射時にはゼロ電子状態の量子ドットに比べて一電子状態の量子ドットでの変換効率が著しく減少することがわかった。特に、計算から求めた、スピン分裂した軽い正孔の励起波長で著しい減少がおこるのを明らかにした。これは、光励起により作られる電子スピンが、量子ドット中にいる電子スピンと同じ方向である場合に、パウリの排他率によって励起過程が抑制されるためである（光学スピン閉塞効果）。したがって、我々の結果では直線偏光によりスピンの選択的な励起ができていることになる。この直線偏光による光学スピン閉塞効果が観測されるには、光励起過程において量子状態転写が起こっている必要がある。したがって、単一光子から量子ドット中単一電子スピンへの量子状態転写の観測に成功したといえる。

今年，我们主要证明了下面描述的光学自旋闭塞效应。这种光学自旋闭塞效果等于量子状态从光子的偏振状态转移到量子点中的电子旋转，实现了该研究计划的最大目标。具体而言，首先，使用高速和高精度电荷读数的高频反射方法构建了高速测量系统。然后在GAAS基板上制造一个单个量子点设备，并将磁场应用于平面。在实验中，单光子电子转化效率是在光照射之前没有量子点中没有电子的状态和一个具有一个电子的状态的状态。特别是，研究了线性极化光对激发光的方向和激发波长的依赖性。结果，发现与水平极化的光不同，当用垂直极化光照射时，与零电子状态的量子点相比，一个电子状态中量子点的转换效率显着降低。特别是，我们揭示了根据计算确定的自旋切开灯孔的激发波长的显着降低。这是因为当通过光激发产生的电子自旋与量子点中的电子自旋沿相同的方向时，激发过程被Pauli的专有比（光旋转闭塞效应）抑制。因此，我们的结果表明，线性极化的光允许对自旋的选择性激发。为了观察到这种线性两极化的光学自旋遮挡效果，必须在光激发过程中发生量子状态转移。因此，可以说已经成功地观察到了从单个光子到量子点中单个电子自旋的量子状态转移。

项目成果

Coupling between single photons and single electron spins in gate-defined double quantum dots

门定义双量子点中单光子和单电子自旋之间的耦合

• 发表时间: 2013
• 作者: A. Oiwa;T. Fujita;K. Morimoto;H. Kiyama;S. Teraoka;M. Larsson;G. Allison;A. Ludwig;A. D. Wieck;and S Tarucha
• 通讯作者: and S Tarucha

Towards coherent transfer of quantum states from single photons to single spins in double quantum dots

双量子点中量子态从单光子到单自旋的相干转移

• 发表时间: 2015
• 作者: 松本大地;田中敬祐;新井恵史;金井弥栄;大多茂樹;河上裕;M. Larsson
• 通讯作者: M. Larsson

Detection efficieny of optically excited electrons in double quantum dots based on GaAs/AlGaAs quantum wells

基于GaAs/AlGaAs量子阱的双量子点光激发电子检测效率

• 发表时间: 2014
• 作者: M. Larsson;K. Morimoto;T. Fujita;G. Allison;S. Teraoka;H. Kiyama;D. G. Austing;A. Ludwig;A. D. Wieck;A. Oiwa;S. Tarucha
• 通讯作者: S. Tarucha

Single-shot readout of photoelectron spins and verification of angular momentum transfer in a lateral double quantum dot

光电子自旋的单次读出和横向双量子点角动量转移的验证

• 发表时间: 2013
• 作者: T. Fujita;K. Morimoto;S. Teraoka;H. Kiyama;G. Allison;M. Larsson;A. Ludwig;A. Wieck;A. Oiwa;and S. Tarucha
• 通讯作者: and S. Tarucha

Coupling between Single Photons and Single Electron Spins in Gate-Def ined Double Quantum Dots

门定义的双量子点中单光子和单电子自旋之间的耦合

• 发表时间: 2014
• 作者: G. Allison;T. Fujita;K. Morimoto;H. Kiyama;S. Teraoka;M. Larsson;A. Oiwa;A. Ludwig;A. D. Wieck;and S. Tarucha
• 通讯作者: and S. Tarucha