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

基本信息

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

项目摘要

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固体材料中的电子过程产生量子耦合系统（耦合系统，如声子、等离子体和激子），使用飞秒脉冲序列，并以阿秒时间精度控制相对光学相位。评估和控制量子相干性和量子纠缠的保留时间。 2022年，我们将利用脉冲宽度为50 fs的激光推进n型GaAs晶体中量子路径干涉的研究。这里，泵浦脉冲对的相对偏振角设置为 45 度，并以 300 阿秒为步长进行测量。从结果中，我们发现 LO 声子强度对泵浦脉冲之间的延迟时间的依赖性为：由于电子态和声子的干涉，观察到由于干涉而产生的干涉条纹。特别是，在电子态干涉条纹的相消干涉中，正如理论预测的那样观察到分裂，并且通过将其大小与理论计算进行比较，我们能够定量评估电子相干保留时间。我们还能够测量电子相干保留时间的温度依赖性。研究结果在国际会议上公布并提交给学术期刊。我们还正在进行使用退相干的理论分析，它解释了电子相干性在感兴趣的系统与其环境之间的量子纠缠方面丢失的过程。我们还在继续分析同时测量的 LO 声子和等离激元耦合模式 (LOPC) 的干涉形状。在GaAs/AlGaAs多量子阱的瞬态反射率测量中，在10K的样品温度下使用约50fs的激光的双脉冲进行量子路径干涉测量，量子拍强度的干涉条纹的形状为结果表明，它可以用以下方式解释。结果发表在一篇论文中。此外，在使用亚 10fs 激光器的实验中，通过在室温下进行测量来测量相干光学声子。此外，我们还将2022年购买的低温制冷机安装到亚10fs激光测量系统中，并正在进行光学系统的设计。

项目成果

期刊论文数量（6）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

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

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
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

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
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

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
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

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
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
影响因子：
0
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