光子を発する「光」

ライデン大学

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博士号 atの候補者は、将来の量子コンピュータまたはインターネットの基本的な構成要素をより制御された方法で作成するための革新的な技術を開発し、この長年探し求められていた技術に至るまでの多くの課題に対する潜在的な解決策を切り開きました。

ペトル・シュタインドル氏の博士論文は、博士号取得の最終段階として先週擁護された。 ドイツのライデン大学のプログラムでは、量子ドットとマイクロキャビティを使用して光子を生成する新しい技術を研究しています。

「簡単に言えば、量子ドットは半導体材料の小さな島です」とシュタインドル氏はライデン大学の声明で述べた。 「そのサイズはわずか数ナノメートルなので、原子と同じように量子効果を感じます。」

人工原子とも呼ばれる量子ドットは、量子現象を探索するためのより制御可能な方法を提供し、材料から単一光子を放出するタスクに理想的です。

これを行うために、シュタインドルはこの半導体「島」をマイクロキャビティ内に配置しました。マイクロキャビティとは、正確な波長の光のみが通過できるようにする直径わずか数ナノメートルの穴です。

「この空洞は、向かい合った 2 枚の鏡として想像できます」とシュタインドル氏は言います。 「レーザー光はそれらの間で往復反射します。 量子ドットは光との相互作用を好みませんが、レーザーがドットを何度も通過するため、光学的共振器により相互作用が起こりやすくなります。」

この光は最終的に量子ドット内の電子と相互作用します。ここが量子コンピューター研究者にとって興味深いところです。

「共鳴レーザーは、量子ドット内の電子を基底エネルギー状態からより高いエネルギー状態に励起します」とシュタインドル氏は述べた。 「量子ドットが基底状態に戻ると、量子ドットは単一の光子を放出します。 マイクロキャビティはこの光子を我々のセットアップの残りの部分に向けて都合よく向けます。」

光子はレーザーと同じ波長であるため、レーザーから光子を分離することは困難ですが、Steindl によればそれも解決可能です。

「しかし、課題は、この光子をレーザー光から分離することです。 レーザーと同じ波長を持っていますが、偏光がわずかに異なります。 その特性を利用して光子を分離することができます。」

単一光子は、他のあらゆる種類のテクノロジー、特に単一光子が強力な量子効果をもたらすことができる量子コンピューティング アプリケーションで使用できます。

「単一光子がセキュリティと認証に役立つことはわかっています」と Steindl 氏は言います。 「たとえば、ビーム スプリッター上の異なる位置から 2 つの同一の単一光子を送信できます。 これらの光子が変化した状態で到着するか、同時に到着しない場合は、盗聴者がいたことがわかります。」

「これらの軽量構造物を構築するのは本当に素晴らしいことだと思います」とシュタインドル氏は付け加えた。 「これが可能であるという事実自体が驚くべきことです。 物理学をこれほど深いレベルで理解できるとは。 魅力的ではありますが、量子アプリケーションの可能性は私にとって副作用のように思えます。」