密度行列分光による量子もつれ物性とそのダイナミクスの研究

使用密度矩阵光谱研究量子纠缠物理性质及其动力学

基本信息

批准号：
21H01016
负责人：
大畠悟郎
金额：
$ 11.48万
依托单位：
Osaka Metropolitan University (2022-2023)Osaka Prefecture University (2021)
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

昨年に引き続き，偏光と周波数の物理量に対する量子もつれについての研究をそれぞれ進めている．したがって，本年度の主な研究成果を以下２つに分けて示す．[I]偏光量子もつれに着目した励起子分子の量子もつれダイナミクス:これまで半導体励起子分子に内在する量子もつれについて偏光（スピン）自由度に着目したDMSにて測定を行ってきた.特に本年度は，これまで研究した励起子分子の散乱とは別の過程に着目して研究を行った．新たに着目した散乱過程では，励起子分子から光子様ポラリトンと励起子様ポラリトンへと分裂する．特に，励起子様ポラリトンはほぼ励起子とみなせる状態であり，群速度が非常に遅く結晶中に長くとどまることが知られている．本研究ではこの分裂した２量子間の量子もつれを調べた結果，これまで測定されてきた励起子分子の量子もつれより有意に低いTangle（量子もつれの度合い）の値を示すことが明らかとなった．励起子分子に関する量子もつれがこの様に変化(減衰)する様子は今回初めて観測された.[II]周波数量子もつれに着目した励起子分子，２励起子重ね合わせ状態のダイナミクス:励起子分子における周波数量子もつれに着目し，これを観測するための二光子吸収型の周波数領域DMSを開発し，本年度初めて測定に至った．その結果，周波数領域の密度行列の測定及びそこから周波数の量子もつれの定量化に初めて成功した．励起子分子から放出された二光子については周波数相関や二光子干渉を測定した例はこれまであったが，周波数の量子もつれを定量化しこれを明らかにしたのは本研究が初めてである．また，GaAs量子井戸に対してポンプ・プローブ型の周波数領域DMSも引き続き行い，昨年度より精度の高い結果を得るに至った．また，得られた密度行列から量子コヒーレンスとその変化を定量化する解析を進めている．

继去年之后，我们正在针对偏振和频率物理量进行量子纠缠的研究。因此，今年的主要研究成果分为以下两部分。 [I] 激子分子的量子纠缠动力学，重点关注偏振量子纠缠：到目前为止，我们已经使用 DMS 测量了半导体激子分子固有的量子纠缠，重点关注偏振（自旋）自由度，重点关注与偏振（自旋）自由度不同的过程。迄今为止研究的激子分子的散射。在新聚焦的散射过程中，激子分子分裂成类光子极化子和类激子极化子。特别是，类激子极化激元几乎可以被视为激子，并且已知其群速度非常慢并且可以在晶体中保留很长时间。在这项研究中，我们研究了这两个分裂量子之间的量子纠缠，发现纠缠（量子纠缠程度）值明显低于迄今为止测量到的激子分子的量子纠缠．这是首次观察到激子分子中的量子纠缠以这种方式发生变化（衰减）。[二]聚焦频率量子纠缠的激子分子和双激子叠加态动力学：激子分子中的频率聚焦量子纠缠，我们开发了双光子吸收频域DMS来观察这一点，并在今年首次进行了测量。结果，我们首次成功测量了频域中的密度矩阵并从中量化了频率量子纠缠。虽然之前已经有测量激子分子发射的双光子的频率相关性和双光子干涉的例子，但这项研究首次量化和阐明了频率的量子纠缠。我们还继续对GaAs量子阱进行泵浦探针频域DMS，并获得了比去年更准确的结果。我们还正在进行分析，以量化量子相干性及其从获得的密度矩阵中的变化。