固体光源から発生する光子対の量子もつれに関する研究とその量子情報応用

固态光源产生的光子对的量子纠缠研究及其在量子信息中的应用

基本信息

批准号：
24226007
负责人：
末宗幾夫
金额：
$ 54.91万
依托单位：
Hokkaido University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (S)
财政年份：
2012
资助国家：
日本
起止时间：
2012-05-31 至 2017-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では、これまで進めてきた金属埋め込み構造による単一光子発生と単一光子純度の向上、光子取り出し効率の増大量子もつれ光子対の同時生成に関する研究とその量子情報応用に関する検討を進める。本年度は特に長距離の量子情報通信で重要な単一光子発生純度の向上に向けて、これまで用いられてきた理論的な評価方法に根本的な問題点があることを指摘し、新たな評価方法を提示した。これによって、単一光子純度を示す２次の相関関数の値g(2)(τ=0)の値として、発光波長950nm帯のInAs/GaAs系量子ドットを使って世界最低レベルの0.003を実現した。さらにこれをナノコーン構造に加工して金属（銀）に埋め込むことにより、ごく最近光子取り出し効率として24%と高い量子効率を実現した。また発光波長1550nm帯のInAs/InP系量子ドットを銀の中に埋め込み，30倍以上の発光増強を確認し、現在その光子取り出し量子効率の絶対値の見積もりを進めている。超伝導体から電子クーパー対を半導体量子ドットへ注入し、電子対の同時再結合により量子もつれ光子対の同時発生を目指す研究は、これまで量子井戸構造の評価にとどまっていた。本年，一度に一対の光子対を生成するのに欠かせない量子ドット構造を含むn型ドープ半導体構造に電子クーパー対を注入し、超伝導体に近接するバリア層において電子クーパー対の発光再結合による発光増強の再現に成功した。現在量子ドットへの電子クーパー対注入の確認実験を進めている。量子ドットから光子対を同時生成するもう一つの方法として、微小光共振器を用いる方法が提案されている。我々の提案する金属埋め込み構造は、発生した光子対を同じ確率で表面から取り出すことができ量子情報に応用しやすい特長を持つ。本年度，金属埋め込み構造としては世界最高の共振Q値7000を観測し，現在さらに検討を進めつつある。

在本研究中，我们将推进利用金属嵌入结构的单光子生成和单光子纯度提高、提高光子提取效率、同时生成量子纠缠光子对及其在量子信息中的应用的研究。今年，我们的目标是通过指出迄今为止使用的理论评估方法的根本问题并开发新的评估方法，提高单光子生成的纯度，这在长距离量子信息通信中尤为重要。提出了一个方法。结果，我们使用发射波长为950 nm的InAs/GaAs量子点，表示单光子纯度的二阶相关函数值g(2)（τ=0）达到了世界最低水平0.003。做过。此外，通过将其加工成纳米锥结构并将其嵌入金属（银）中，我们最近在光子提取效率方面实现了 24% 的高量子效率。此外，通过将发射波长为1550 nm的InAs/InP量子点嵌入银中，我们确认发射增强了30倍以上，目前我们正在努力估计光子提取量子效率的绝对值。迄今为止，旨在将超导体中的库珀电子对注入半导体量子点并通过电子对同时重组同时生成纠缠光子对的研究仅限于评估量子阱结构。今年，我们将把电子库珀对注入到一个包含量子点结构的n型掺杂半导体结构中，这对于一次产生一个光子对至关重要，并在靠近量子点的势垒层中重现电子库珀对的发射。我们成功地再现了由于结合而产生的发光增强。我们目前正在进行实验以确认电子库珀对注入量子点。从量子点同时产生光子对的另一种方法是使用微观光学谐振器。我们提出的金属嵌入结构的优点是生成的光子对可以等概率地从表面提取，从而易于应用于量子信息。今年，我们观察到共振Q值达到7000，这是金属嵌入结构中世界最高的，目前正在进行进一步的研究。

项目成果

期刊论文数量（0）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

北海道大学電子科学研究所ナノ光機能材料研究分野

北海道大学电子科学研究所纳米光功能材料研究部

DOI：
发表时间：
期刊：
影响因子：
0
作者：
通讯作者：

「半導体量子ドットを用いた量子もつれ光子対の生成」

“使用半导体量子点生成纠缠光子对”

DOI：
发表时间：
期刊：
影响因子：
0
作者：
黒田　隆
通讯作者：
黒田　隆

Carrier Dynamics and Photoluminescence Quenching Mechanism of Strained InGaSb/AlGaSb Quantum Wells

应变InGaSb/AlGaSb量子阱的载流子动力学和光致发光猝灭机制

DOI：
10.1063/1.4789374
发表时间：
2013
期刊：
影响因子：
0
作者：
N. A. Jahan; C. Hermannstaedter; H. Sasakura; T. J. Rotter; P. Ahirwar; G. Balakrishnan; H. Kumano;I. Suemune
通讯作者：
I. Suemune

“General Photon Autocorrelation Function including Carrier Repopulation Process in Single-Photon Emitters”

“通用光子自相关函数，包括单光子发射器中的载流子重新填充过程”