量子ドットとネオコン

 

 

 

 

【真夏の量子テレポーテーション】 

液滴エピタキシー法とは、 物質・材料研究機構が1990年に開発した半導体量子ドットの
作製手法。他の量子ドットの作製法と異なり、多様な材料種、多様な基板で量子ドットが
実現できるという。この手法を用いてNIMSの先端フォトニクス材料ユニット黒田 隆主幹
研究員、間野 高明主任研究員らは、北海道大学、仏ツルーズ大学との共同で、半導体量子
ドットを独自手法で改良し、ドットの形を等方的にすることで、世界最高性能の量子もつ
れ光子源の開発に成功したと発表。本研究成果により、従来不可能であった量子情報通信
の遠距離化を可能とした。本成果は米国の学術誌 Physical Review B 速報欄に7月19日にオ
ンライン公開され、Editor's Suggestion （注目論文）に選ばれている。

今回の開発の背景として、量子情報通信が、情報の秘匿性が完全に保証される次世代の光
通信技術を巡り、各国で実験室レベルの研究が進められているが、現段階では、光ファイ
バー損失のため、数10キロメートルの通信距離が限界だった。このため、光信号を中継し、
通信距離を飛躍的に延ばす量子中継器の開発が必須とされ、そのための最重要な技術課題
として、量子もつれ光子対（＝もつれ光子対）用の光源開発であった。これまでの小規模
な実験で、もつれ光子対を発生するために非線形光学結晶を使ってきたが、ランダムなタ
イミングで光子が発生するため、通信システムの実装には、特殊な同期回路（量子メモリ）
を開発せねばならず、製品化の妨げになっていた。一方、量子ドットを用いると、オンデ
マンドで光子対を発生でき、システム化への展開が極めて容易になる。量子ドットを用い
てもつれ光子対の発生には、ドットの形状が（自然界の原子と同じく）等方でないといけ
ないが、現実の量子ドットを自己形成手法で作るため楕円的な形になる。これまでは量子
ドットに強い電場や磁場を加え、等方的な性質を回復してきたが、素子が大がかりになり、
さらに個々の（形の異なる）量子ドットに応じて外場を変える必要があり汎用性に欠けて
いた。 

等方的な量ドットを制御性よく実現させ、外部制御を不要とし、世界最高値のもつれあい
度の観測に成功。量子ドットの創製は、前述した液滴エピタキシー法を用いた。量子ドッ
トの成長基板には、通常用いる[100]面(結晶面方位)のガリウム砒素ではなく、[111]Ａ面
のガリウム砒素を用い、[111]Ａ面の原子の配列は正三角形のユニットで構成し、このため
量子ドットの形状も正三角形に近くなり、等方的な性質を持つと期待。作製したガリウム
砒素量子ドットから発する蛍光信号を解析すると、忠実度が86 (±２) % のもつれ光子対
になることを見出した。また、量子もつれの厳密な評価基準である、ベルの不等式の破れ
を、雑音レベルの５倍以上の大きさで観測。いずれも過去の報告値を凌駕する。これまで
の光源では、ポストセレクションと呼ぶ信号選別を経て、量子もつれの特性を得ていたが
開発の光源では、付加的な選別を用いることなく優れた特性を示し、直接、量子通信シス
テムへの実装が可能であるという。

特開2010-206074 半導体光素子と半導体太陽電池

 
特開2009-016710 レーザ発振素子


今日の作業は量子情報通信の現状を基礎から学び知るということではなく、等方性のある
量子ドットの製造という視点から情報収集を行ったので、目的は達成されている。が、真
夏の夢ならぬ、真夏の量子テレポーテーションは、一知半解のままだ。いずれ時間をみて
再チャレンジだ。ねぇ～物理学者のＳ君！ちゃんと目を覚ましているかい？


 

 

なんだろう、テレビを観ているとナット・キング・コールの「トゥー・ヤング」の曲が流
れていたが、胸が締まるような気分になり、鳥肌が立つ。二度と戻らないただそれだけな
のだが、激しく反応してしまうなんて！？  そう言えば、彼女は英国王室のウィリアム王
子とキャサリン妃の長男の「ジョージ・アレクサンダー・ルイ」の誕生以降、ブレークン
イングリッシュというか、まともに歌えないのに、シーカーズの「ジョージ・ガール」を
口ずさんでいるではないか、なんたる付和雷同！？