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。

This year's main event is the following: The results of this study are as follows: the polarization state of photon, the quantum state of electron and the quantum state of electron are obtained. Specific high-speed, high-precision charge extraction, high-frequency reflection method for high-speed measurement system construction Next, GaAs substrate on a single quantum device to control, in-plane magnetic field In this paper, we measure the conversion efficiency of single photon electron before light irradiation. The direction of polarization of excited light depends on the wavelength of excitation. As a result, the conversion rate of quantum electron state under horizontal polarization and vertical polarization irradiation is reduced compared with that of quantum electron state under vertical polarization. Special, calculation, calculation In the case of quantum excitation, electron emission is suppressed in the same direction. The result is linear polarization. This linear polarization process is necessary for the quantum state to be detected. The quantum state of a single photon is measured successfully.

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

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

Identification of Resonantly Excited Single Photoelectrons Trapped in Double Quantum Dots Based on GaAs/AlGaAs Quantum Wells

基于GaAs/AlGaAs量子阱识别双量子点中共振激发单光电子

• 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: A. Oiwa. and S. Tarucha