JP2002268104A - 単一光子発生方法および単一光子発生装置 - Google Patents
単一光子発生方法および単一光子発生装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】任意の角周波数を有する光子を任意の時間に発
生させる単一光子発生方法および単一光子発生装置を提
供すること。 【解決手段】半導体ＧａＡｓ基板１の上に形成された単
一光子発生装置において、インターデジタルトランスデ
ューサ２を電圧駆動して表面音響波を発生させ、それに
よって、振幅の小さいソリトンと振幅の大きいソリトン
とを、半導体ＧａＡｓ基板１表面に、この順に生成し、
ソリトン進行通路とメサ構造体４の２次元電子ガス領域
との共通部分すなわち電子捕獲チャネル８において、振
幅の小さいソリトンに電子を捕獲させた後、電子を捕獲
した振幅の小さいソリトンと電子を捕獲していない振幅
の大きいソリトンとの衝突、相互作用によって起こる電
子遷移によって単一光子を発生させることを特徴とする
単一光子発生方法および単一光子発生装置を構成する。
生させる単一光子発生方法および単一光子発生装置を提
供すること。 【解決手段】半導体ＧａＡｓ基板１の上に形成された単
一光子発生装置において、インターデジタルトランスデ
ューサ２を電圧駆動して表面音響波を発生させ、それに
よって、振幅の小さいソリトンと振幅の大きいソリトン
とを、半導体ＧａＡｓ基板１表面に、この順に生成し、
ソリトン進行通路とメサ構造体４の２次元電子ガス領域
との共通部分すなわち電子捕獲チャネル８において、振
幅の小さいソリトンに電子を捕獲させた後、電子を捕獲
した振幅の小さいソリトンと電子を捕獲していない振幅
の大きいソリトンとの衝突、相互作用によって起こる電
子遷移によって単一光子を発生させることを特徴とする
単一光子発生方法および単一光子発生装置を構成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、単一光子発生方法
および単一光子発生装置に関するものである。
および単一光子発生装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】光通信では、光の振幅、あるいは周波数
を変調することによって情報を伝送している。この場
合、光子の集団を対象にしているが、光子１個を単位と
した情報伝達は究極の光通信と言える。したがって、単
一光子の規則的な流れを作り出すことは、量子情報処理
の基本要素である。
を変調することによって情報を伝送している。この場
合、光子の集団を対象にしているが、光子１個を単位と
した情報伝達は究極の光通信と言える。したがって、単
一光子の規則的な流れを作り出すことは、量子情報処理
の基本要素である。
【０００３】これまで、単一光子発生を可能にするもの
として単一電子ターンスタイルの原理にもとづいた発光
素子が開発された(J. Kim, O. Benson, H. Kan and Y.
Yamamoto, Nature 397, 500 (1999) 参照)。これは微小
トンネル接合における電子のクーロンブロッケイド効果
を利用したものである。その光子生成の仕組みは、電子
と正孔との再結合によって単一光子を発生させる従来の
発光原理に加え、あたかも回転ドアを通過するが如く、
時間的に規則正しく単一の電子と単一の正孔を結合層に
注入するクーロンブロッケイド効果によって、規則正し
い単一光子発生を実現するというものである。
として単一電子ターンスタイルの原理にもとづいた発光
素子が開発された(J. Kim, O. Benson, H. Kan and Y.
Yamamoto, Nature 397, 500 (1999) 参照)。これは微小
トンネル接合における電子のクーロンブロッケイド効果
を利用したものである。その光子生成の仕組みは、電子
と正孔との再結合によって単一光子を発生させる従来の
発光原理に加え、あたかも回転ドアを通過するが如く、
時間的に規則正しく単一の電子と単一の正孔を結合層に
注入するクーロンブロッケイド効果によって、規則正し
い単一光子発生を実現するというものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記のターンスタイル
素子では、発生光子の角周波数が素子の再結合層のエネ
ルギーギャップの大きさによって制限される。また、光
子生成時間もトンネル接合の静電容量によって決まり、
一度素子を構成すると、光子生成時間を容易に変える事
はできない。したがって任意の角周波数を有する光子を
任意の時間に発生させることは不可能である。
素子では、発生光子の角周波数が素子の再結合層のエネ
ルギーギャップの大きさによって制限される。また、光
子生成時間もトンネル接合の静電容量によって決まり、
一度素子を構成すると、光子生成時間を容易に変える事
はできない。したがって任意の角周波数を有する光子を
任意の時間に発生させることは不可能である。
【０００５】本発明はそのような問題点を解決するため
になされたものであり、任意の角周波数を有する光子を
任意の時間に発生させる単一光子発生方法および単一光
子発生装置を提供することを目的としている。
になされたものであり、任意の角周波数を有する光子を
任意の時間に発生させる単一光子発生方法および単一光
子発生装置を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明は、請求項１に記載のように、単一光子発生
方法であって、第１のソリトンを生成し、前記第１のソ
リトンに電子を捕獲させ、前記第１のソリトンより振幅
の大きい第２のソリトンを生成し、前記第１のソリトン
と前記第２のソリトンとを衝突させ、前記第１のソリト
ンの束縛準位から前記第２のソリトンの束縛準位に電子
を遷移させて光子を放出させることを特徴とする単一光
子発生方法を構成する。
に、本発明は、請求項１に記載のように、単一光子発生
方法であって、第１のソリトンを生成し、前記第１のソ
リトンに電子を捕獲させ、前記第１のソリトンより振幅
の大きい第２のソリトンを生成し、前記第１のソリトン
と前記第２のソリトンとを衝突させ、前記第１のソリト
ンの束縛準位から前記第２のソリトンの束縛準位に電子
を遷移させて光子を放出させることを特徴とする単一光
子発生方法を構成する。
【０００７】また、本発明は、請求項２に記載のよう
に、請求項１に記載の単一光子発生方法であって、前記
ソリトンが、可積分非線形分散方程式に従うことを特徴
とする単一光子発生方法を構成する。
に、請求項１に記載の単一光子発生方法であって、前記
ソリトンが、可積分非線形分散方程式に従うことを特徴
とする単一光子発生方法を構成する。
【０００８】また、本発明は、請求項３に記載のよう
に、単一光子発生方法であって、第１番目のソリトンを
生成し、前記第１番目のソリトンに電子を捕獲させ、第
Ｎ番目（Ｎは２以上の整数とする）のソリトンとして、
第Ｎ−１番目のソリトンよりも振幅の大きなソリトンを
生成し、全ての前記ソリトンについて、必ず前記第Ｎ−
１番目のソリトンと前記第Ｎ番目のソリトンが衝突して
から、前記第Ｎ番目のソリトンと前記第Ｎ＋１番目のソ
リトンの衝突が起こるように、前記ソリトンの振幅と生
成のタイミングとを調整することによって、時間間隔を
置いて複数の光子を１つずつ発生させることを特徴とす
る単一光子発生方法を構成する。
に、単一光子発生方法であって、第１番目のソリトンを
生成し、前記第１番目のソリトンに電子を捕獲させ、第
Ｎ番目（Ｎは２以上の整数とする）のソリトンとして、
第Ｎ−１番目のソリトンよりも振幅の大きなソリトンを
生成し、全ての前記ソリトンについて、必ず前記第Ｎ−
１番目のソリトンと前記第Ｎ番目のソリトンが衝突して
から、前記第Ｎ番目のソリトンと前記第Ｎ＋１番目のソ
リトンの衝突が起こるように、前記ソリトンの振幅と生
成のタイミングとを調整することによって、時間間隔を
置いて複数の光子を１つずつ発生させることを特徴とす
る単一光子発生方法を構成する。
【０００９】また、本発明は、請求項４に記載のよう
に、請求項３に記載の単一光子発生方法であって、生成
されたソリトン列が次の方程式を満たすことを特徴とす
る単一光子発生方法を構成する。
に、請求項３に記載の単一光子発生方法であって、生成
されたソリトン列が次の方程式を満たすことを特徴とす
る単一光子発生方法を構成する。
【００１０】
【数２】 また、本発明は、請求項５に記載のように、単一光子発
生装置であって、ソリトン発生手段と、ソリトン伝播媒
体と、電子捕獲部と、ソリトン相互作用部とを有するこ
とを特徴とする単一光子発生装置を構成する。
生装置であって、ソリトン発生手段と、ソリトン伝播媒
体と、電子捕獲部と、ソリトン相互作用部とを有するこ
とを特徴とする単一光子発生装置を構成する。
【００１１】また、本発明は、請求項６に記載のよう
に、請求項５に記載の単一光子発生装置であって、前記
ソリトン発生手段は表面弾性波発生装置であり、前記ソ
リトン伝播媒体は半導体基板表面であり、前記電子捕獲
部は、前記半導体基板表面に形成された２次元電子ガス
領域とソリトン進行通路である１次元ソリトン伝播チャ
ネルとの共通部分であることを特徴とする単一光子発生
装置を構成する。
に、請求項５に記載の単一光子発生装置であって、前記
ソリトン発生手段は表面弾性波発生装置であり、前記ソ
リトン伝播媒体は半導体基板表面であり、前記電子捕獲
部は、前記半導体基板表面に形成された２次元電子ガス
領域とソリトン進行通路である１次元ソリトン伝播チャ
ネルとの共通部分であることを特徴とする単一光子発生
装置を構成する。
【００１２】
【発明の実施の形態】本発明は、ソリトン型ポテンシャ
ル中に束縛された電子を利用したサブポアソン単一光子
発生方法および単一光子発生装置に関する。この場合
に、ソリトンとしては、可積分非線形分散方程式に従う
ソリトンを利用することができる。ここに、「可積分非
線形分散方程式」とは、波の変位に関する非線形微分方
程式であって、波の速度を波の振幅の関数とするもので
あり、その一例が後述のＫｄＶ方程式である。また、上
記の式（１）で表されるソリトン（Ｎ＝１の場合以外は
ソリトン列）は上記の「可積分非線形分散方程式に従う
ソリトン」の一例となっている。
ル中に束縛された電子を利用したサブポアソン単一光子
発生方法および単一光子発生装置に関する。この場合
に、ソリトンとしては、可積分非線形分散方程式に従う
ソリトンを利用することができる。ここに、「可積分非
線形分散方程式」とは、波の変位に関する非線形微分方
程式であって、波の速度を波の振幅の関数とするもので
あり、その一例が後述のＫｄＶ方程式である。また、上
記の式（１）で表されるソリトン（Ｎ＝１の場合以外は
ソリトン列）は上記の「可積分非線形分散方程式に従う
ソリトン」の一例となっている。
【００１３】本発明においては、任意の時間に任意の波
長の単一光子を発生させるために、ソリトンポテンシャ
ルを利用する。
長の単一光子を発生させるために、ソリトンポテンシャ
ルを利用する。
【００１４】単一光子の発生は一般に量子力学的遷移に
基づいており、その量子遷移は波動関数の重なりによっ
て決定される。したがって、この重なりを外部より制御
することによって発光過程を制御することが可能とな
る。この制御がソリトンによって如何に行われるか次に
述べる。
基づいており、その量子遷移は波動関数の重なりによっ
て決定される。したがって、この重なりを外部より制御
することによって発光過程を制御することが可能とな
る。この制御がソリトンによって如何に行われるか次に
述べる。
【００１５】まず、ソリトンとは、非線型効果と分散効
果とが釣り合った孤立波である。ソリトンはその伝播お
よび他のソリトンとの衝突に対して安定であるため、通
信や次に述べるソリトン輸送へ応用される。
果とが釣り合った孤立波である。ソリトンはその伝播お
よび他のソリトンとの衝突に対して安定であるため、通
信や次に述べるソリトン輸送へ応用される。
【００１６】ソリトンは、電子に対してポテンシャルと
して働くと、電子を捕獲し、ソリトンの伝播とともに電
子を輸送することが可能となる(T. Sakuma and N. Nish
iguchi, Jpn. J. Appl. Phys. 30, 137 (1991)参照)。
これがソリトン輸送である。特に、ＫｄＶ方程式（Kort
eweg - de Vries 方程式）を満足するソリトンでは、ソ
リトンポテンシャル中にただ１つの束縛準位しか存在し
ない。したがって、量子遷移など起こらず、発光に対し
ても安定である。ここで、より深いエネルギー準位をも
ったソリトンポテンシャルを用意し、前述の電子を束縛
したソリトンと衝突させる。この、より深いエネルギー
準位をもったソリトンポテンシャルは、振幅がより大き
いソリトンを生成することによって得られる。衝突前、
波動関数の重なりはほとんど０であるので量子遷移は禁
止される。したがって発光過程も禁止される。しかし、
相互作用中心では、重なりは最大になり、よりエネルギ
ーの低い状態に電子の遷移が可能となる。このとき準位
差に相当したエネルギーをもつ光子が発生する。衝突
後、再び波動関数の重なりは消え発光過程は禁止され
る。したがって、ソリトンポテンシャルの衝突のタイミ
ングを制御する事によって、任意の時刻に単一光子を発
生させる事が可能となる。この概念図を図１に示す。
して働くと、電子を捕獲し、ソリトンの伝播とともに電
子を輸送することが可能となる(T. Sakuma and N. Nish
iguchi, Jpn. J. Appl. Phys. 30, 137 (1991)参照)。
これがソリトン輸送である。特に、ＫｄＶ方程式（Kort
eweg - de Vries 方程式）を満足するソリトンでは、ソ
リトンポテンシャル中にただ１つの束縛準位しか存在し
ない。したがって、量子遷移など起こらず、発光に対し
ても安定である。ここで、より深いエネルギー準位をも
ったソリトンポテンシャルを用意し、前述の電子を束縛
したソリトンと衝突させる。この、より深いエネルギー
準位をもったソリトンポテンシャルは、振幅がより大き
いソリトンを生成することによって得られる。衝突前、
波動関数の重なりはほとんど０であるので量子遷移は禁
止される。したがって発光過程も禁止される。しかし、
相互作用中心では、重なりは最大になり、よりエネルギ
ーの低い状態に電子の遷移が可能となる。このとき準位
差に相当したエネルギーをもつ光子が発生する。衝突
後、再び波動関数の重なりは消え発光過程は禁止され
る。したがって、ソリトンポテンシャルの衝突のタイミ
ングを制御する事によって、任意の時刻に単一光子を発
生させる事が可能となる。この概念図を図１に示す。
【００１７】図１において、縦方向はポテンシャルおよ
び波動関数を表し、横方向は位置を表し、（ａ）〜
（ｅ）は各瞬間におけるソリトンと電子の状態を表し、
時間は（ａ）から（ｅ）に向けて経過している。ただ
し、波動関数の原点はソリトンによって変えてある。図
１の（ａ）は、電子を捕獲した第１のソリトンの後に、
第１のソリトンより振幅の大きい第２のソリトンが生成
された状態を示し、（ｂ）は、第２のソリトンが、その
速さが第１のソリトンよりも速いので、第１のソリトン
に近づく状態を示し、（ｃ）は、第２のソリトンが第１
のソリトンに追いつき、電子の量子遷移と光子放出とが
起こる状態を示し、（ｄ）および（ｅ）は、電子を捕獲
した第２のソリトンが第１のソリトンを追い越して行く
状態を示している。
び波動関数を表し、横方向は位置を表し、（ａ）〜
（ｅ）は各瞬間におけるソリトンと電子の状態を表し、
時間は（ａ）から（ｅ）に向けて経過している。ただ
し、波動関数の原点はソリトンによって変えてある。図
１の（ａ）は、電子を捕獲した第１のソリトンの後に、
第１のソリトンより振幅の大きい第２のソリトンが生成
された状態を示し、（ｂ）は、第２のソリトンが、その
速さが第１のソリトンよりも速いので、第１のソリトン
に近づく状態を示し、（ｃ）は、第２のソリトンが第１
のソリトンに追いつき、電子の量子遷移と光子放出とが
起こる状態を示し、（ｄ）および（ｅ）は、電子を捕獲
した第２のソリトンが第１のソリトンを追い越して行く
状態を示している。
【００１８】また、ソリトンの振幅を制御することによ
って発生光子の波長も制御できる。更に、適当に配置さ
れた複数のソリトン列によって、次々と規則正しく単一
光子を発生させる事が可能となる。
って発生光子の波長も制御できる。更に、適当に配置さ
れた複数のソリトン列によって、次々と規則正しく単一
光子を発生させる事が可能となる。
【００１９】（実施の形態例１）図２は、本発明に係る
単一光子発生装置の一例と、それを用いた単一光子発生
方法を説明する図である。
単一光子発生装置の一例と、それを用いた単一光子発生
方法を説明する図である。
【００２０】図２において、単一光子発生装置は半導体
ＧａＡｓ基板１の上に形成されており、その構成要素と
して、表面音響波（ＳＡＷ）を発生するインターデジタ
ルトランスデューサ（ＩＤＴ）２と、インターデジタル
トランスデューサ２を電圧駆動するための金（Ａｕ）の
接続パッド３、３’と、ＧａＡｓ基板１表面に２次元電
子ガス生成領域を有するメサ構造体４と、メサ構造体４
へのオーミックコンタクト５、５'、６とを備えてい
る。なお、インターデジタルトランスデューサ２の櫛型
電極はＮｉＣｒＡｌで形成されている。
ＧａＡｓ基板１の上に形成されており、その構成要素と
して、表面音響波（ＳＡＷ）を発生するインターデジタ
ルトランスデューサ（ＩＤＴ）２と、インターデジタル
トランスデューサ２を電圧駆動するための金（Ａｕ）の
接続パッド３、３’と、ＧａＡｓ基板１表面に２次元電
子ガス生成領域を有するメサ構造体４と、メサ構造体４
へのオーミックコンタクト５、５'、６とを備えてい
る。なお、インターデジタルトランスデューサ２の櫛型
電極はＮｉＣｒＡｌで形成されている。
【００２１】図２に示した単一光子発生装置において、
インターデジタルトランスデューサ２を電圧駆動する
と、表面音響波（ＳＡＷ）が発生し、ＳＡＷは半導体の
非線形弾性効果と分散効果が釣り合い、自発的に表面弾
性波ソリトンになり、ＧａＡｓ基板１表面を右方向に進
行する。そのソリトンの進行通路（図２の平行鎖線で挟
まれた領域）を１次元ソリトン伝播チャネルと呼ぶ。
インターデジタルトランスデューサ２を電圧駆動する
と、表面音響波（ＳＡＷ）が発生し、ＳＡＷは半導体の
非線形弾性効果と分散効果が釣り合い、自発的に表面弾
性波ソリトンになり、ＧａＡｓ基板１表面を右方向に進
行する。そのソリトンの進行通路（図２の平行鎖線で挟
まれた領域）を１次元ソリトン伝播チャネルと呼ぶ。
【００２２】図２において、請求項５に記載の「ソリト
ン発生手段」は表面弾性波発生装置であるインターデジ
タルトランスデューサ２に該当し、「ソリトン伝播媒
体」はＧａＡｓ基板１の表面に該当し、「電子捕獲部」
は、メサ構造体４中にエッチングによって形成されたト
レンチ７、７’に挟まれた半導体ＧａＡｓ基板の表面部
分である電子捕獲チャネル８（この部分には２次元電子
ガスが存在する）に該当し、「ソリトン相互作用部」
は、電子捕獲チャネル８と右側のインターデジタルトラ
ンスデューサ２’との中間に位置する半導体ＧａＡｓ基
板の表面に該当する。
ン発生手段」は表面弾性波発生装置であるインターデジ
タルトランスデューサ２に該当し、「ソリトン伝播媒
体」はＧａＡｓ基板１の表面に該当し、「電子捕獲部」
は、メサ構造体４中にエッチングによって形成されたト
レンチ７、７’に挟まれた半導体ＧａＡｓ基板の表面部
分である電子捕獲チャネル８（この部分には２次元電子
ガスが存在する）に該当し、「ソリトン相互作用部」
は、電子捕獲チャネル８と右側のインターデジタルトラ
ンスデューサ２’との中間に位置する半導体ＧａＡｓ基
板の表面に該当する。
【００２３】以下に、図２に示した単一光子発生装置に
よって単一光子を発生させる方法について説明する。
よって単一光子を発生させる方法について説明する。
【００２４】まず、半導体ＧａＡｓ基板１の表面に配置
したインターデジタルトランスデューサ２を駆動して表
面音響波（ＳＡＷ）を発生させる。発生したＳＡＷは半
導体の非線形弾性効果と分散効果が釣り合い、自発的に
表面弾性波ソリトンになり、ＧａＡｓ基板１表面を右方
向に進行する。この時、ソリトンの振幅は、ＳＡＷを発
生させる際、インターデジタルトランスデューサ２に印
加した電圧によって決定される。したがって、異なる振
幅を持っソリトンを形成することは、異なる電圧を与え
ることによって達成される。この方法によって、単一光
子発生のために２つの振幅の異なるソリトンを生成す
る。一方は振幅の小さい電子捕獲用ソリトンであり、他
方は振幅の大きな空のソリトンである。以下、前者を捕
獲ソリトン、後者をターゲットソリトンと呼ぶ。生成の
順序は、捕獲ソリトンそしてターゲットソリトンであ
る。２つのソリトンは、捕獲ソリトンが前、ターゲット
ソリトンが後となって、右方向に進行する。
したインターデジタルトランスデューサ２を駆動して表
面音響波（ＳＡＷ）を発生させる。発生したＳＡＷは半
導体の非線形弾性効果と分散効果が釣り合い、自発的に
表面弾性波ソリトンになり、ＧａＡｓ基板１表面を右方
向に進行する。この時、ソリトンの振幅は、ＳＡＷを発
生させる際、インターデジタルトランスデューサ２に印
加した電圧によって決定される。したがって、異なる振
幅を持っソリトンを形成することは、異なる電圧を与え
ることによって達成される。この方法によって、単一光
子発生のために２つの振幅の異なるソリトンを生成す
る。一方は振幅の小さい電子捕獲用ソリトンであり、他
方は振幅の大きな空のソリトンである。以下、前者を捕
獲ソリトン、後者をターゲットソリトンと呼ぶ。生成の
順序は、捕獲ソリトンそしてターゲットソリトンであ
る。２つのソリトンは、捕獲ソリトンが前、ターゲット
ソリトンが後となって、右方向に進行する。
【００２５】次に、捕獲ソリトンに電子を捕獲させる。
そのために、ソリトン進行通路（１次元ソリトン伝播チ
ャネル）とメサ構造体４の２次元電子ガス領域との共通
部分すなわち電子捕獲チャネル８における２次元電子ガ
スのフェルミ準位を調節することによって電子をソリト
ンに捕獲、束縛させる（C. H. W. Barnes, J. M. Shilt
on and A. M. Robinson, Phys. Rev. B 62, 8410 (200
0) 参照）。２次元電子ガスのフェルミ準位の調節は、
オーミックコンタクト６に印加する電圧Ｖｇを変えるこ
とによって行う。一方、ターゲットソリトンに対して
は、フェルミ準位を変えて、空のまま電子捕獲チャネル
８を通過させる。
そのために、ソリトン進行通路（１次元ソリトン伝播チ
ャネル）とメサ構造体４の２次元電子ガス領域との共通
部分すなわち電子捕獲チャネル８における２次元電子ガ
スのフェルミ準位を調節することによって電子をソリト
ンに捕獲、束縛させる（C. H. W. Barnes, J. M. Shilt
on and A. M. Robinson, Phys. Rev. B 62, 8410 (200
0) 参照）。２次元電子ガスのフェルミ準位の調節は、
オーミックコンタクト６に印加する電圧Ｖｇを変えるこ
とによって行う。一方、ターゲットソリトンに対して
は、フェルミ準位を変えて、空のまま電子捕獲チャネル
８を通過させる。
【００２６】次に、１次元ソリトン伝播チャネル中のソ
リトン相互作用部、すなわち、電子捕獲チャネル８とそ
の右側のインターデジタルトランスデューサ２’との中
間に位置する半導体ＧａＡｓ基板の表面において、捕獲
ソリトンとターゲットソリトンとを衝突、相互作用させ
て、単一光子を発生させる。
リトン相互作用部、すなわち、電子捕獲チャネル８とそ
の右側のインターデジタルトランスデューサ２’との中
間に位置する半導体ＧａＡｓ基板の表面において、捕獲
ソリトンとターゲットソリトンとを衝突、相互作用させ
て、単一光子を発生させる。
【００２７】なお、図２において、Ａで示された電流計
はソリトンによる電子の捕獲を検知するためのものであ
り、インターデジタルトランスデューサ２’はソリトン
を検知するためのものである。
はソリトンによる電子の捕獲を検知するためのものであ
り、インターデジタルトランスデューサ２’はソリトン
を検知するためのものである。
【００２８】実施の形態例においては、単一光子発生装
置を半導体ＧａＡｓ基板１の上に形成したが、半導体Ｇ
ａＡｓ基板１に代えて、シリコンなどの半導体基板を用
いてもよい。
置を半導体ＧａＡｓ基板１の上に形成したが、半導体Ｇ
ａＡｓ基板１に代えて、シリコンなどの半導体基板を用
いてもよい。
【００２９】（実施の形態例２）実施の形態例１で示し
た方法でソリトンを生成する。ただし、ソリトンの配置
は次に示すようにソリトンを生成する。これによって、
単一光子は一定の時間間隔Ｔで発生する。
た方法でソリトンを生成する。ただし、ソリトンの配置
は次に示すようにソリトンを生成する。これによって、
単一光子は一定の時間間隔Ｔで発生する。
【００３０】
【数３】 図３はソリトンの軌跡と相互作用の様子を示している。
図中の黒丸は、捕獲ソリトンとターゲットソリトンとの
相互作用によって単一光子が発生する位置と時間とを示
している。
図中の黒丸は、捕獲ソリトンとターゲットソリトンとの
相互作用によって単一光子が発生する位置と時間とを示
している。
【００３１】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明の実施に
より、任意の角周波数を有する光子を任意の時間に発生
させる単一光子発生方法および単一光子発生装置を提供
することが可能となる。
より、任意の角周波数を有する光子を任意の時間に発生
させる単一光子発生方法および単一光子発生装置を提供
することが可能となる。
【００３２】近年、量子情報処理についての様々な研究
がなされている。その実現には、究極の情報伝達単位で
ある単一光子を任意に制御できることが非常に重要な課
題となっている。本発明の実施によって、この課題が解
決され、いままで不可能であった単一の光子を任意に発
生させることが可能となる。それによって完全に安全な
量子暗号の実現などが可能となり、この分野における本
発明の貢献は計り知れない。
がなされている。その実現には、究極の情報伝達単位で
ある単一光子を任意に制御できることが非常に重要な課
題となっている。本発明の実施によって、この課題が解
決され、いままで不可能であった単一の光子を任意に発
生させることが可能となる。それによって完全に安全な
量子暗号の実現などが可能となり、この分野における本
発明の貢献は計り知れない。
【図１】本発明に係る単一光子発生方法を説明する図で
ある。
ある。
【図２】本発明に係る単一光子発生装置を説明する図で
ある。
ある。
【図３】実施の形態例２におけるソリトンの軌跡と相互
作用の様子を説明する図である。
作用の様子を説明する図である。
１…半導体ＧａＡｓ基板、２、２’…インターデジタル
トランスデューサ、３、３’…接続パッド、４…メサ構
造体、５、５'、６…オーミックコンタクト、７、７’
…トレンチ、８…電子捕獲チャネル。
トランスデューサ、３、３’…接続パッド、４…メサ構
造体、５、５'、６…オーミックコンタクト、７、７’
…トレンチ、８…電子捕獲チャネル。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ▲高▼柳 英明 東京都千代田区大手町二丁目３番１号 日 本電信電話株式会社内 Ｆターム(参考） 2K002 AA02 AB32 BA12 CA13 CA30 DA05 EB07 GA10 HA25 5K002 BA01 BA07 DA14
Claims (6)
- 【請求項１】単一光子発生方法であって、 第１のソリトンを生成し、 前記第１のソリトンに電子を捕獲させ、 前記第１のソリトンより振幅の大きい第２のソリトンを
生成し、 前記第１のソリトンと前記第２のソリトンとを衝突さ
せ、前記第１のソリトンの束縛準位から前記第２のソリ
トンの束縛準位に電子を遷移させて光子を放出させるこ
とを特徴とする単一光子発生方法。 - 【請求項２】請求項１に記載の単一光子発生方法であっ
て、前記ソリトンが、可積分非線形分散方程式に従うこ
とを特徴とする単一光子発生方法。 - 【請求項３】単一光子発生方法であって、 第１番目のソリトンを生成し、 前記第１番目のソリトンに電子を捕獲させ、 第Ｎ番目（Ｎは２以上の整数とする）のソリトンとし
て、第Ｎ−１番目のソリトンよりも振幅の大きなソリト
ンを生成し、 全ての前記ソリトンについて、必ず前記第Ｎ−１番目の
ソリトンと前記第Ｎ番目のソリトンが衝突してから、前
記第Ｎ番目のソリトンと前記第Ｎ＋１番目のソリトンの
衝突が起こるように、前記ソリトンの振幅と生成のタイ
ミングとを調整することによって、時間間隔を置いて複
数の光子を１つずつ発生させることを特徴とする単一光
子発生方法。 - 【請求項４】請求項３に記載の単一光子発生方法であっ
て、 生成されたソリトン列が次の方程式を満たすことを特徴
とする単一光子発生方法。 【数１】 - 【請求項５】単一光子発生装置であって、 ソリトン発生手段と、 ソリトン伝播媒体と、 電子捕獲部と、 ソリトン相互作用部とを有することを特徴とする単一光
子発生装置。 - 【請求項６】請求項５に記載の単一光子発生装置であっ
て、 前記ソリトン発生手段は表面弾性波発生装置であり、 前記ソリトン伝播媒体は半導体基板表面であり、 前記電子捕獲部は、前記半導体基板表面に形成された２
次元電子ガス領域とソリトン進行通路である１次元ソリ
トン伝播チャネルとの共通部分であることを特徴とする
単一光子発生装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001065010A JP3735043B2 (ja) | 2001-03-08 | 2001-03-08 | 単一光子発生方法および単一光子発生装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001065010A JP3735043B2 (ja) | 2001-03-08 | 2001-03-08 | 単一光子発生方法および単一光子発生装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002268104A true JP2002268104A (ja) | 2002-09-18 |
| JP3735043B2 JP3735043B2 (ja) | 2006-01-11 |
Family
ID=18923739
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001065010A Expired - Fee Related JP3735043B2 (ja) | 2001-03-08 | 2001-03-08 | 単一光子発生方法および単一光子発生装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3735043B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1317598C (zh) * | 2004-11-26 | 2007-05-23 | 华东师范大学 | 一种通信波段单光子源的产生方法 |
| JP2007274108A (ja) * | 2006-03-30 | 2007-10-18 | Fujitsu Ltd | 単一光子発生装置 |
| US7492901B2 (en) | 2003-02-20 | 2009-02-17 | Fujitsu Limited | Single-photon generator and single-photon generating method |
-
2001
- 2001-03-08 JP JP2001065010A patent/JP3735043B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (4)
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|---|---|---|---|---|
| US7492901B2 (en) | 2003-02-20 | 2009-02-17 | Fujitsu Limited | Single-photon generator and single-photon generating method |
| CN1317598C (zh) * | 2004-11-26 | 2007-05-23 | 华东师范大学 | 一种通信波段单光子源的产生方法 |
| JP2007274108A (ja) * | 2006-03-30 | 2007-10-18 | Fujitsu Ltd | 単一光子発生装置 |
| JP4724035B2 (ja) * | 2006-03-30 | 2011-07-13 | 富士通株式会社 | 単一光子発生装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3735043B2 (ja) | 2006-01-11 |
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