量子光学・光物性の研究概要

向井孝彰
量子物性研究部

　光通信技術や光情報処理技術に大きなブレークスルーをもたらす革新的基盤技術の提案、ならびに、量子光学・光物性分野における学術的貢献を目指して研究を進めています。本研究分野は量子光制御研究グループ、超高速光物理研究グループ、光デバイス物理研究グループにより進められています。各研究グループの研究項目とその研究内容を下記に示します。

量子光制御研究グループ
(１)量子通信・量子情報処理の研究（量子暗号法の提案と実験的検証、量子プロトコル、量子エンタングルメント、量子コンピューティングの理論的検討）
(２)原子波制御の研究（アルカリ金属原子のボーズ・アインシュタイン凝縮、レーザによる物質の新しい量子状態制御法の理論と実験）

超高速光物理研究グループ
(１)超短光パルス誘起プラズマからの高輝度軟Ｘ線発生と応用の研究（超短パルス軟Ｘ線光源の実現、小型軟Ｘ線レーザの実現、軟Ｘ線波形計測法、軟Ｘ線発生機構の解明、短パルス軟Ｘ線による時間分解分光実験）
(２)超短光パルス誘起THｚ電磁波発生とその応用

光デバイス物理研究グループ
(１)量子ドットの励起子およびスピンの量子操作の研究（零次元励起子のラビ振動観測とコヒーレント制御、量子ディスク中励起子、励起子分子の吸収・発光過程の実験的解明、低次元半導体中のスピン輸送特性解明）
(２)窒化物半導体の光物性とデバイス応用の研究（窒化物半導体量子井戸からの吸収･発光特性評価、ピエゾ効果、励起子効果の解明、光伝導型受光素子の特性解明）
(３)ナノスケール加工技術とフォトニック効果の研究（低損傷ドライエッチング技術の窒化物半導体ナノスケール加工への展開、フォトニック結晶構造の設計と作製）

　本研究分野の本年度の代表的な研究成果３つを次ページ以降に掲載しています。ファイバ光パラメトリック増幅における強い利得飽和特性を用いて、光雑音抑圧や光リミッタ動作を実証し、超高速で動作する利得付き光機能回路への応用を示しました。このファイバ光パラメトリック過程は、量子通信で利用価値の高いエンタングル光子対の生成に適しています。
　フェムト秒レーザプラズマ誘起のＸ線パルス発生において、通常の平面ターゲットに替えてナノ構造配列ターゲットを用いることにより、高密度のプラズマを大きな相互作用体積にわたって生成することに成功し、生成されるＸ線パルス幅を短く保ちながら、Ｘ線への変換効率を大幅に向上させたものです。
　単一のInGaAs量子ドット中励起子の励起準位に共鳴する光を照射した時間領域とスペクトル領域の実験で、励起子二準位系が40ｐｓ以上の長い位相緩和時間を持つと共に、これが強い励起光に駆動された際に生じるコヒーレントな分布振動（Rabi振動）を明瞭に観測しました。この実験結果は、量子ドット励起子を基本素子とする光量子コンピュータの可能性に道を拓くものです。

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