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ポラリトンフィルタで通常のレーザ光を量子光に

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June, 7, 2019, Buffalo--マッコーリー大学(Macquarie University)をリーダーとする国際研究チームは、通常レーザ光を本物の量子光に変換する新たなアプローチを実証した。
 このアプローチは、太陽電池で幅広く利用されている半導体材料である、ナノメートル厚のGaAs膜を使う。チームは、2つのミラーの間に薄膜を挟み、入力フォトンを操作する。
 フォトンは、半導体の電子-ホールペアと相互作用し、フォトンと、電子-ホール対の両方の特性を持つ、ポラリトンという新しいキメラ粒子を形成する。ポラリトンは,数ピコ秒で減衰する、また放出されたフォトンは明確な量子シグネチャを示す。
 研究成果は、Nature Materialsに発表された。

これらの量子シグネチャは当面は弱いが、その研究はシングルフォトンをオンでマント生成する新しい方途を開く。

「シングルフォトンをオンデマンド生成できることは、量子通信や光量子情報処理における将来のアプリケーションにとって極めて重要である。破られることのない暗号、超高速コンピュータ、より効率的なコンピュータチップ、あいは最小消費電力の光トランジスタが考えられる」と論文のシニアオーサ、物理学/天文学学部、Thomas Volz准教授は話している。

現在のシングルフォトンエミッタは,一般に、材料工学で作られている。つまり、材料そのものが、量子の振る舞いが組み込まれるような方法でアセンブリされる。
 しかし、この標準的なアプローチは,規模がますます小さくなるという深刻な制約に直面する。ピュアな材料工学で同じシングルフォトンエミッタを作ることは、極めて難しいからである。

「このことの意味は、われわれが作り出している量子シグネチャの力を強めることができると、われわれのアプローチが大規模な拡張に一層適しているということである。われわれは、ダイレクトな材料工学よりも、フォトンナノ構造エンジニアリングから同等の量子エミッタを作ることが可能かも知れない」と論文の筆頭著者、Dr Guillermo Munoz Matutanoはコメントしている。

「実世界のアプリケーションは、まだかなり先ではあるが、われわれの論文は、特にポラリトンコミュニティが過去10~15年、待ち続けて来た重要な到達点を示している。ポラリトンが、フォトンに量子シグネチャに強くインプリントするほどに相互作用する領域は、これまで利用されなかった。それは、その分野の研究者に全く新しい活動の場を開くものである」とThomasは離している。