可干渉単一光子光源の多集積によるスケーラブル光量子回路の研究

相干单光子光源多重集成可扩展光量子电路研究

基本信息

批准号：
18J21667
负责人：
勝見亮太
金额：
$ 1.79万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2018
资助国家：
日本
起止时间：
2018-04-25 至 2021-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

光を用いた量子情報処理の高度化に向けて、必要な素子すべてを小さなチップに集約する、集積量子光回路に関する研究が急速に進められている。特にシリコン(Si)フォトニクスを活用する集積量子光回路は、CMOS技術と呼ばれる成熟した加工技術に基づいた光回路の大規模化・多機能化・高品質化が期待される点で極めて有望である。一方、スケーラブルな光量子情報処理を光回路上で実現する上で、決定論的に動作可能な固体量子光源の集積は重要な課題である。中でも化合物半導体量子ドット(QD)は高純度な単一光子を決定論的かつ高速レートで発生できる優れた量子光源であり、既存の集積光回路上におけるQD光源のハイブリッド集積は、量子光回路のスケールアップを目指す上で非常に注目されている。しかし、従来のQD集積手法はその作製プロセスの複雑さから、最先端集積光技術との組合せがとりわけ困難であった。また加工プロセスの複雑さから、所望の特性を有するQD光源の集積や、そのチップ上での高効率な動作も課題であった。上記の課題を一挙に解決すべく、申請者は転写プリント法と呼ばれる新しい集積手法を基軸としたQD光源の集積光回路上ハイブリッド集積技術の開発に取り組んできた。同手法を活用することで、QD光源―光導波路間の高い結合効率の実現、CMOSプロセスされたSi光回路上へのQD光源のハイブリッド集積に成功し、さらには複数QD光源を1つのSi光回路上に集積し、それらのチップ上相対波長制御にも成功した。また高効率な光子の取り出しに向けた一方向出力が可能なチップ上QD光源構造の実現や、光ファイバーの実装されたSi光回路に対するQD光源を集積など、開発した転写プリント技術を活用した発展的な実験にも取り組んだ。

为了利用光推进量子信息处理，将所有必要元件集成到小芯片上的集成量子光学电路的研究正在迅速进展。特别是，利用硅（Si）光子学的集成量子光学电路非常有前途，因为它们有望基于成熟的处理技术（称为 CMOS 技术）实现更大规模、多功能和更高质量的光学电路。另一方面，集成可确定性运行的固态量子光源是在光电路上实现可扩展的光量子信息处理的一个重要问题。其中，化合物半导体量子点（QD）是一种优秀的量子光源，可以确定性地、高速率地产生高纯度的单光子，在规模化方面引起了广泛的关注。然而，由于制造工艺的复杂性，传统的QD集成方法特别难以与尖端集成光学技术相结合。此外，由于制造工艺的复杂性，将具有所需特性的QD光源集成并在芯片上高效运行也是一个挑战。为了一次性解决上述问题，申请人一直致力于开发基于称为转移印刷法的新集成方法的QD光源在集成光电路上的混合集成技术。通过使用这种方法，我们成功实现了QD光源和光波导之间的高耦合效率，将QD光源混合集成在CMOS加工的Si光电路上，甚至将多个QD光源集成到一个Si光源中。到电路上并成功控制它们在芯片上的相对波长。此外，我们还开发了能够单向输出的片上QD光源结构，以实现高效光子提取，并且我们还开发了利用已开发的转移印刷技术的先进技术，例如将QD光源集成到Si光学器件中我们还进行了一些配备光纤的电路。