位相制御超短パルス列を用いた量子結合系のコヒーレンスと量子もつれの評価と制御

使用相控超短脉冲序列评估和控制量子耦合系统中的相干性和量子纠缠

• 批准号: 22H01984
• 负责人: 中村 一隆
• 金额: $ 8.65万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22H01984/
• 关键词: 量子コヒーレンス; フェムト秒; コヒーレントフォノン; コヒーレンス

本研究の目的は，アト秒の時間精度で相対光位相を制御したフェムト秒パルス列を用いることで，固体物質内の電子過程を経由した量子結合系（フォノン，プラズモン，エキシトンなどの結合系）の量子コヒーレンスの保持時間や量子もつれを評価，制御することである。2022年度には，パルス幅50fsのレーザーを用いたn-type GaAs結晶の量子経路干渉の研究を進めた。ここで，ポンプパルス対の相対偏光角度を４５度に設定して，300アト秒のステップで計測を行なった結果から，LOフォノン強度のポンプパルス間遅延時間依存性に，電子状態の干渉とフォノンの干渉による干渉縞が観測さる。特に，電子状態の干渉縞の破壊的干渉には，理論予想通り分裂が観測され，その大きさと理論計算との比較から，電子コヒーレンス保持時間を定量的に評価できた。また，電子コヒーレンス保持時間の温度依存性も測定できた。この結果は，国際会議で学会発表するとともに，学術誌に投稿している。また，電子コヒーレンスが失われる過程を，注目する系と環境との量子もつれから説明するデコヒーレンスを用いた理論的な解析も進めている。また，同時に測定されるLOフォノンとプラズモンの結合したモード(LOPC)の干渉形状についての解析も進めている。GaAs/AlGaAs多重量子井戸の過渡反射率計測では，試料温度10Kにおいて，約50fsのレーザーを用いたダブルパルスを用いた量子経路干渉測定を行い，量子ビート強度の干渉縞の形状が光吸収型形状で説明できることを示した。この結果は，論文掲載された。また，サブ10fsレーザーを用いた実験では，室温で測定を行うことでコヒーレント光学フォノンの計測ができている。また，2022年度に購入した極低温冷凍機をサブ10fsレーザー計測システムに導入し，光学系の設計等に取り組んでいる。

这项研究的目的是通过使用固体物质中的电子过程来评估和控制量子耦合系统（键子，等离子体，等离子，等离子，等离子，等离子，等离子，等离子，等离子，等离子，等离子，等离子，等离子，等离子等系统）中量子相干性的保留时间和量子纠缠的目的。在2022财年，我们使用脉冲宽度为50fs的激光器对N型GAAS晶体中的量子路径干扰进行了研究。在这里，将泵脉冲对的相对极化角度设置为45度，并以300秒的步骤进行测量，并在泵脉冲之间的LO声子强度的依赖性中观察到由电子状态的干扰和声子干扰引起的干扰条纹。特别是，在预期的电子状态的干扰条纹的破坏性干扰中观察到了分裂，并且可以通过比较其大小和理论计算来定量评估电子相干保留时间。此外，可以测量电子相干保留时间的温度依赖性。这些结果已在国际会议上提出，并提交给学术期刊。我们还利用消毒性进行理论分析，这解释了从关注系统与环境之间的量子纠缠中失去电子相干性的过程。我们还对同时测量的LO声子和等离子的组合模式（LOPC）的干扰形状进行了分析。使用双重脉冲使用大约50 fs的激光在10 K的样品温度下，使用双脉冲进行了瞬态反射率测量，并表明可以通过光学吸收类型的形状来解释量子节拍强度的干扰条纹的形状。结果发表在论文中。此外，在使用Sub-10FS激光器的实验中，可以通过在室温下测量来测量相干的光音子。此外，已在2022年购买的极低低温冰箱已被引入Sub-10FS激光测量系统中，并正在研究设计光学系统。

项目成果

Quantum coherence in electron-phonon coupled states in solids

固体中电子-声子耦合态的量子相干性

• 发表时间: 2022
• 作者: Yuya Furusho ;Ryoko Yagi ;Masaki Suda ;Tsukasa Maruhashi ;Itsuki Takagi ;Yosuke Kayanuma ;Fujio Minami ;Kazutaka G. Nakamura;花井健太，辻将太，豊田耕平，大野誠吾，尾松孝茂，宮本克彦;Kazutaka G. Nakamura
• 通讯作者: Kazutaka G. Nakamura

n-GaAsのLOフォノンプラズモン結合モードに対する45度相対偏光角パルス対を用いた量子コヒーレンス計測

使用 45 度相对偏振角脉冲对进行 n-GaAs LO 声子等离激元耦合模式的量子相干性测量

• 发表时间: 2022
• 作者: Itsuki Takagi;Yosuke Kayanuma and Kazutaka G. Nakamura;角田真一，大山将冴，古庄裕也，中村一隆;廣瀨道成，高木一旗，高井遼太，中村一隆
• 通讯作者: 廣瀨道成，高木一旗，高井遼太，中村一隆

Ultrafast quantum-path interferometry to study decoherence time of electron-phonon coupled states in GaAs using polarized femtosecond pulses

使用偏振飞秒脉冲的超快量子路径干涉测量法研究砷化镓中电子声子耦合态的退相干时间

• 发表时间: 2022
• 作者: Itsuki Takagi;Yosuke Kayanuma and Kazutaka G. Nakamura
• 通讯作者: Yosuke Kayanuma and Kazutaka G. Nakamura

Ultrafast quantum-path interferometry of electron-phonon states in semiconductor

半导体中电子-声子态的超快量子路径干涉测量

• 发表时间: 2022
• 作者: Yuya Furusho ;Ryoko Yagi ;Masaki Suda ;Tsukasa Maruhashi ;Itsuki Takagi ;Yosuke Kayanuma ;Fujio Minami ;Kazutaka G. Nakamura;花井健太，辻将太，豊田耕平，大野誠吾，尾松孝茂，宮本克彦;Kazutaka G. Nakamura;宮本 克彦;Kazutaka G. Nakamura
• 通讯作者: Kazutaka G. Nakamura

Ultrafast quantum-path interferometry of photo-absorption involving excitons in a GaAs multiple-quantum-well structure

GaAs 多量子阱结构中涉及激子的光吸收超快量子路径干涉测量

• DOI: 10.1016/j.ssc.2022.115056
• 发表时间: 2023
• 期刊: Solid Sate Communications
• 作者: Yuya Furusho ;Ryoko Yagi ;Masaki Suda ;Tsukasa Maruhashi ;Itsuki Takagi ;Yosuke Kayanuma ;Fujio Minami ;Kazutaka G. Nakamura
• 通讯作者: Kazutaka G. Nakamura