光子とスピンの絡み合い状態を用いた量子情報処理デバイスの理論的研究

利用光子和自旋纠缠态的量子信息处理装置的理论研究

• 批准号: 16710061
• 负责人: 今村 裕志
• 金额: $ 2.43万
• 依托单位: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (2006)Tohoku University (2004-2005)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2004
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2004 至 2006
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-16710061/
• 关键词: 光子; 電子スピン; 量子情報転写; 半導体量子井戸; g因子工学; 歪み工学; ホール; 閉じ込め効果; 閉じこめ効果; 量子情報; 量子ドット; スピン; 偏光; デコヒーレンス; g因子; 磁場

1.東北大学・電気通信研究所の小坂グループとともに単一光子から単一電子スピンへの量子状態転写の確認を行った。実験では電子スピンのg因子を0.01に制御したGaAs/AlGaAs量子井戸を用いた。量子井戸面内に外部磁場を印加した状態で光子を入射させ電子スピンへ光子の量子状態を転写する。量子状態が転写された電子スピンは、コヒーレントに量子上体が転写されていれば外部磁場の回りに回転する。この回転をKerr効果を用いて観測し、量子状態転写が実際に起きていることを確認した。我々のグループは、g因子を制御するための量子井戸の井戸幅の見積もり、電子と同時に励起された正孔が量子状態転写に与える影響の解析、励起される電子スピンがKerr効果で観測可能であることの理論的な裏づけを行った。2.昨年度に引き続き半導体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のダイナミクスを記述する理論モデルの構築と、数値シミュレーションを用いた高い忠実度と転写確立を実現するための素子パラメータの見積もりを行った。昨年度の解析から特に改良した点は、量子状態転写における自然放出の影響を考慮したモデルの構築および強結合領域での解析の2点である。昨年の解析では高い転写確立を得るための条件として光子-量子ドット結合強度と量子ドットからのホールのトンネルレートの両方をスペクトル幅よりも大きくとり、かつマッチング条件を満たす必要があることを示した。本年度の解析ではさらに、共振器の減衰率が入射光子のバンド幅よりも大きくなければならないことを示した。

1。我们证实了从单光子到单电子旋转的量子状态转移，以及Tooku大学电信研究所的Kosaka组。在实验中，使用了GAAS/ALGAAS量子孔，其中将电子自旋的G因子控制为0.01。将外部磁场应用于量子孔的表面，光子入射，并且光子的量子状态转移到电子旋转中。如果量子上半身连贯地转移，已转移到量子状态的电子旋转将围绕外部磁场旋转。使用KERR效应观察到这种旋转，以确认实际上发生了量子状态转移。我们的小组估计了量子井的井宽以控制G因子，分析了电子的影响和同时激发孔对量子状态转移的影响，并且理论上的支持可以通过KERR效应观察到激发电子旋转。 2。从去年开始，我们构建了一个理论模型，该模型描述了半导体量子点中从单光子到单电子旋转的量子状态转移的动力学，并估算了使用数值模拟实现高保真度和转录建立的设备参数。从去年的分析中特别改善的两个点是建立一个模型，该模型考虑了自发发射对强耦合区域中量子状态转录和分析的影响。去年的分析表明，来自量子点的光子量子点键强度和孔隧道速率都必须大于光谱宽度，并且必须满足匹配条件，作为实现高转录建立的条件。今年的分析进一步表明，谐振器的衰减率必须大于入射光子的带宽。

项目成果

Decoherence of localized spins interacting via RKKY interaction

• DOI: 10.1103/physrevb.72.033308
• 发表时间: 2004-08
• 期刊: Physical Review B
• 影响因子: 3.7
• 作者: Y. Rikitake;H. Imamura

Concepts in Spin Electronics, Chapter 8 : Spin injection and transport in hybrid nanostructures

自旋电子学概念，第 8 章：混合纳米结构中的自旋注入和传输

• 发表时间: 2006
• 作者: S.Takahashi

Twisted exchange interaction between localized spins embedded in a one- and two-dimensional electron gas with Rashba spin-orbit coupling

通过 Rashba 自旋轨道耦合嵌入一维和二维电子气中的局域自旋之间的扭曲交换相互作用

• 发表时间: 2004
• 期刊: Physical Review B 69・12
• 作者: H.Imamura;et al.
• 通讯作者: et al.

Control of spin configuration in semiconductor artificial molecules by spin field effect transistors

自旋场效应晶体管控制半导体人造分子的自旋构型

• 发表时间: 2004
• 期刊: Journal of Magnetism and Magnetic Materials 272-276
• 作者: H.Imamura;et al.
• 通讯作者: et al.

Enhanced spin accumulation and novel magnetotransport in nanoparticles

• DOI: 10.1038/nmat1278
• 发表时间: 2004-12
• 期刊: Nature Materials
• 影响因子: 41.2
• 作者: K. Yakushiji;F. Ernult;H. Imamura;K. Yamane;S. Mitani;K. Takanashi;S. Takahashi;S. Maekawa;H. Fujimori