量子光学・光物性の研究概要

上杉　直
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、量子コンピューティングの理論的検討）
(２) 光ソリトン量子光学の研究（光ファイバソリトンを用いた量子非破壊測定の実験的研究と光ソリトンスクイージングの実験と理論）
(３) 原子波光学の研究（アルカリ金属原子のボーズ・アインシュタイン凝縮の達成をめざすと共に、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）
(４) 低次元半導体構造における励起子状態制御（低次元半導体中の励起子状態の理論的解明、量子ドット集合体の励起子状態の理論）
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) 超短パルス光によるコヒーレント相互作用（希土類イオン添加材料によるコヒーレント過渡現象、低次元半導体材料による量子干渉効果）
光デバイス物理研究グループ
(１) 低次元半導体の光過程とデバイス応用（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、半導体レーザのスピン操作による偏光制御）
(２) 低次元半導体構造実現に向けた加工技術の研究（低損傷ドライエッチング技術の確立と窒化物電子デバイス作製等への適用、分子線選択エッチング法の検討）
(３) 低次元半導体構造の局所的光学特性評価（ナノメータ光プロービング法による量子ディスクの局所光物性の解明）
(４) 窒化物半導体量子井戸構造の光物性（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、励起子効果の理論的解明）

本年度は、冷却原子のボーズ・アインシュタイン凝縮の最終段階である蒸発冷却のダイナミクスを、アルカリ金属原子ばかりでなく水素原子にも適用可能な解析的手法の考案により解明したこと、レーザプラズマ誘起X線パルスとフェムト秒レーザパルスの組み合わせによる軟Ｘ線領域での時間分解吸収分光に成功したこと、スピン偏極した電子がGaAs量子細線中を10 mm以上の長距離にわたってスピン情報を失わずに伝播することを実験的に見出したこと等が代表的な研究成果であり、次ページ以降に掲載しています。

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