フォトニック結晶を用いた量子情報デバイス実現に向けた超低損失情報処理に関する研究

利用光子晶体实现量子信息器件的超低损耗信息处理研究

基本信息

批准号：
18810026
负责人：
二瓶裕之
金额：
$ 0.88万
依托单位：
Health Sciences University of Hokkaido
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (Start-up)
财政年份：
2006
资助国家：
日本
起止时间：
2006 至 2007
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では、フォトニック結晶に埋め込まれた原子を用いた量子情報デバイスの実現を目指して、量子情報処理の過程で発生する情報損失を極めて低減させる方法を明らかにした.更に、この結果をベースにして、狙いを定めた量子状態のみを制御できるようなターゲット型のコヒーレント制御手法を明らかにした.具体的には、まず、フォトニック結晶に埋め込まれた原子の放射スペクトルを計算することで、フォトニックバンドギャップ(PBG)内部にパルス上のスペクトルピークとダークラインが発生することを明らかにした.更に、光パルスを照射してダークラインをスペクトルピークへチューニングすることで、原子の共鳴周波数をPBGの内部においたまま原子の励起状態をコヒーレント制御できることを明らかにした.PBG内部で励起状態を制御することで、励起状態の緩和を強く抑えることができ、この結果を応用することで、情報損失を強く抑制したまま量子情報を処理することが可能となる.また、ダークラインをスペクトルピークへチューニングするさいの周波数選択性が極めて高いことも明らかにした.周波数選択性が高いことから、特定の共鳴周波数を持つ原子に狙いを定めてコヒーレント制御することが可能となる.この結果、フォトニック結晶に埋め込まれている多数の原子(もしくは、量子ドット)の中から、ターゲットとなる特定の原子(もしくは量子ドット)を制御できる.このように、損失を低減し、更に、特定の量子状態のみを制御できるような手法はナノフォトニクスなどの超微細デバイスの開発の基盤技術になると期待できる.

在这项研究中，我们阐明了一种极大减少量子信息处理过程中发生的信息损失的方法，旨在利用嵌入光子晶体的原子实现量子信息器件，我们开发了一种有针对性的相干控制方法。仅控制目标量子态。通过计算原子的发射光谱，发现脉冲上的光谱峰和暗线出现在光子带隙（PBG）内部。此外，通过照射光脉冲，暗线转变为光谱峰。通过调谐，人们发现可以相干地控制原子的激发态，同时保持PBG.PB内原子的共振频率通过控制G内部的激发态，可以强烈抑制激发态的弛豫，并且通过应用该结果，可以在强烈抑制信息损失的同时处理量子信息。此外，还表明频率选择性将暗线调谐到光谱峰值的能力极高。由于频率选择性很高，因此可以瞄准具有特定共振频率的原子。结果，可以控制嵌入光子晶体中的许多原子（或量子点）中的特定目标原子（或量子点）。此外，可以减少损耗并仅控制特定的方法。量子态有望成为开发纳米光子学等超精细器件的基础技术。