JP6813453B2 - Solid quantum memory - Google Patents
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Description
本発明は、振動部に導入した不純物による固体２準位系によりメモリを構成する固体量子メモリに関する。 The present invention relates to a solid quantum memory in which a memory is composed of a solid two-level system due to impurities introduced into a vibrating portion.
半導体中の不純物によって形成される固体２準位系は、光吸収・発光特性を利用して光の量子状態を電子の量子状態として保持することが可能である。これら固体２準位系には、光吸収・発光特性を有する明状態（明準位）と、これらの光学遷移が禁制される暗状態（暗準位）が存在する。暗状態では光吸収・発光が起こらないため、量子状態の寿命が飛躍的に延びることが知られており、２準位系の暗状態を用いた固体量子メモリがこれまでに提案されている（非特許文献１）。 The solid two-state system formed by impurities in a semiconductor can maintain the quantum state of light as the quantum state of electrons by utilizing the light absorption / emission characteristics. These solid two-level systems have a bright state (bright level) having light absorption / emission characteristics and a dark state (dark level) in which these optical transitions are prohibited. It is known that the life of the quantum state is dramatically extended because light absorption and light emission do not occur in the dark state, and solid-state quantum memories using the dark state of the two-level system have been proposed so far ( Non-Patent Document 1).
しかし、暗状態は、光学禁制であることから、光による書き込み・読み出しが困難であった。このため、明状態と暗状態を外部から制御し、２つの準位の特性を併せ持つ結合状態を形成することにより、書き込み、保持、読み出しを可能とすることで、固体量子メモリを実現している。 However, since the dark state is optically prohibited, it is difficult to write / read with light. For this reason, a solid-state quantum memory is realized by enabling writing, holding, and reading by controlling the bright state and the dark state from the outside and forming a coupled state having the characteristics of two levels. ..
固体２準位系の外部制御の方式として、光照射や磁場印加による制御が報告されている（非特許文献２）。光照射を用いた方式では、新たな制御光の導入が必要になるため、現状では、システム全体が非常に大きくかつ複雑になるという問題があった。磁場印加を用いた方式でも巨大な電磁石が必要になり、また大きな磁場を印加するためには電磁石を極低温まで冷却する必要があった。 As a method of external control of a solid two-level system, control by light irradiation or application of a magnetic field has been reported (Non-Patent Document 2). Since the method using light irradiation requires the introduction of new control light, there is a problem that the entire system becomes very large and complicated at present. Even in the method using magnetic field application, a huge electromagnet was required, and in order to apply a large magnetic field, it was necessary to cool the electromagnet to an extremely low temperature.
一方、明状態および暗状態は、異種半導体を組み合わせた際に生じる結晶内歪によっても結合状態となることが知られている（非特許文献３）。しかし、このような静的歪ではメモリ動作に要求される高い制御性を得ることが困難である。 On the other hand, it is known that the bright state and the dark state are also in the bonded state due to the intracrystal strain generated when dissimilar semiconductors are combined (Non-Patent Document 3). However, with such static distortion, it is difficult to obtain high controllability required for memory operation.
上述したように、従来では、固体２準位系の明状態と暗状態との結合状態を制御することが、容易ではないという問題があった。 As described above, conventionally, there has been a problem that it is not easy to control the combined state between the bright state and the dark state of the solid two-level system.
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、より容易に固体２準位系の明状態と暗状態との結合状態が制御できるようにすることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to make it easier to control the combined state between the bright state and the dark state of the solid two-level system. ..
本発明に係る固体量子メモリは、基板の上に変位可能に支持された振動部と、振動部を励振する励振部と、振動部に導入されている不純物から構成された固体２準位系とを備える。 The solid-state quantum memory according to the present invention includes a vibrating portion displaceably supported on a substrate, an exciting portion that excites the vibrating portion, and a solid two-level system composed of impurities introduced into the vibrating portion. To be equipped.
上記固体量子メモリにおいて、振動部は、例えば、片持ち梁構造とされていればよい。 In the solid-state quantum memory, the vibrating portion may have, for example, a cantilever structure.
上記固体量子メモリにおいて、振動部は、化合物半導体から構成されていればよい。 In the solid-state quantum memory, the vibrating portion may be composed of a compound semiconductor.
上記固体量子メモリにおいて、励振部は、振動子から構成することができる。 In the solid-state quantum memory, the excitation unit can be composed of an oscillator.
以上説明したように、本発明によれば、振動部に不純物から構成した固体２準位系を形成し、振動部を励振することで振動部に動的歪を与えるようにしたので、より容易に固体２準位系の明状態と暗状態との結合状態が制御できるようになる。 As described above, according to the present invention, a solid two-state system composed of impurities is formed in the vibrating portion, and the vibrating portion is excited to give dynamic strain to the vibrating portion, which is easier. It becomes possible to control the coupling state between the bright state and the dark state of the solid two-level system.
以下、本発明の実施の形態における固体量子メモリについて図１Ａ，図１Ｂを参照して説明する。この固体量子メモリは、基板１０１の上に変位（振動）可能に支持された振動部１０２と、振動部１０２を励振する励振部１０３とを備える。振動部１０２には、導入されている不純物から構成された固体２準位系が形成されている。 Hereinafter, the solid-state quantum memory according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1A and 1B. This solid-state quantum memory includes a vibrating unit 102 that is supported on the substrate 101 so as to be displaceable (vibrating), and an exciting unit 103 that excites the vibrating unit 102. A solid two-level system composed of introduced impurities is formed in the vibrating portion 102.
この例では、基板１０１の上に固定部１０４が固定され、固定部１０４の上に支持部１０５が支持され、支持部１０５に振動部１０２が連結している。この例では、支持部１０５と振動部１０２とは、一体に形成されている。 In this example, the fixing portion 104 is fixed on the substrate 101, the supporting portion 105 is supported on the fixing portion 104, and the vibrating portion 102 is connected to the supporting portion 105. In this example, the support portion 105 and the vibrating portion 102 are integrally formed.
振動部１０２は、例えば、片持ち梁構造とされている。また、振動部１０２は、化合物半導体から構成されている。例えば、図１Ｂに示すように、振動部１０２は、ＧａＮから構成された半導体層１１１と、半導体層１１１の下面に配置されている第１保護層１１２と、半導体層１１１の上面に配置されている第２保護層１１３とを備える。 The vibrating portion 102 has, for example, a cantilever structure. Further, the vibrating portion 102 is made of a compound semiconductor. For example, as shown in FIG. 1B, the vibrating portion 102 is arranged on the semiconductor layer 111 made of GaN, the first protective layer 112 arranged on the lower surface of the semiconductor layer 111, and the upper surface of the semiconductor layer 111. A second protective layer 113 is provided.
この例では、半導体層１１１に不純物が導入され、半導体層１１１に固体２準位系が形成されている。第１保護層１１２および第２保護層１１３により、半導体層１１１の表面および裏面を覆って露出面を無くしている。これにより、露出面における準位の形成を抑制し、準位の存在による固体２準位系の消滅を抑制し、半導体層１１１における固体２準位系の各状態の安定化を図っている。また、後述するように、半導体層１１１を、結晶性のよい状態で形成するために、第１保護層１１２は、例えば、超格子構造とした緩衝層としての機能を持たせるようにするとよい。 In this example, impurities are introduced into the semiconductor layer 111, and a solid two-level system is formed in the semiconductor layer 111. The first protective layer 112 and the second protective layer 113 cover the front surface and the back surface of the semiconductor layer 111 to eliminate the exposed surface. As a result, the formation of the level on the exposed surface is suppressed, the disappearance of the solid two-level system due to the presence of the level is suppressed, and each state of the solid two-level system in the semiconductor layer 111 is stabilized. Further, as will be described later, in order to form the semiconductor layer 111 in a state of good crystallinity, the first protective layer 112 may have a function as, for example, a buffer layer having a superlattice structure.
ここで、固体量子メモリの製造について、簡単に説明する。例えば、ＧａＡｓの結晶からなる基板１０１の上に、Ａｌ0.65Ｇａ0.35Ａｓからなる犠牲層を形成し、犠牲層の上に、ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ超格子によるバッファ層を形成する。引き続き、バッファ層の上に、不純物をドーピングしたＧａＡｓによるＧａＡｓ層を形成し、振動部形成層の上にＡｌ0.25Ｇａ0.75ＡｓからなるＡｌＧａＡｓ層を形成する。これらは、よく知られた有機金属気相成長法，分子線エピタキシー法，液相エピタキシー法などの結晶成長方法により順次にエピタキシャル成長して基板１０１の上に積層すればよい。 Here, the production of a solid-state quantum memory will be briefly described. For example, a sacrificial layer made of Al 0.65 Ga 0.35 As is formed on the substrate 101 made of GaAs crystals, and a buffer layer made of AlGaAs / GaAs superlattice is formed on the sacrificial layer. Subsequently, an impurity-doped GaAs GaAs layer is formed on the buffer layer, and an AlGaAs layer made of Al 0.25 Ga 0.75 As is formed on the vibrating part forming layer. These may be sequentially epitaxially grown by a crystal growth method such as a well-known metalorganic vapor phase growth method, a molecular beam epitaxy method, or a liquid phase epitaxy method, and laminated on the substrate 101.
次に、公知のリソグラフィー技術による微細なパターンの形成、および、形成したパターンをマスクとしたメサエッチングにより、ＡｌＧａＡｓ層、ＧａＡｓ層、およびバッファ層を選択的に除去し、支持部１０５および振動部１０２を形成する。振動部１０２および支持部１０５は、基板１０１の側より、超格子構造の第１保護層１１２、ＧａＡｓからなる半導体層１１１、ＡｌＧａＡｓからなる第２保護層１１３が積層された構造となっている。 Next, the AlGaAs layer, the GaAs layer, and the buffer layer are selectively removed by forming a fine pattern by a known lithography technique and mesa etching using the formed pattern as a mask, and the support portion 105 and the vibrating portion 102. To form. The vibrating portion 102 and the supporting portion 105 have a structure in which a first protective layer 112 having a superlattice structure, a semiconductor layer 111 made of GaAs, and a second protective layer 113 made of AlGaAs are laminated from the side of the substrate 101.
次に、エッチング選択性の高いエッチング溶液を用いたウエットエッチングにより、振動部１０２の下部の犠牲層を選択的に除去して基板１０１の側に空間を形成する。例えば、フッ化水素水溶液をエッチング溶液として用いればよい。このエッチングによれば、Ａｌの組成比が大きいＡｌ0.65Ｇａ0.35Ａｓがより選択的にエッチングされる。これにより、梁構造の振動部１０２が形成される。犠牲層の選択除去により残った部分を、固定部１０４とする。振動部１０２は、基板１０１の上に離間して振動（変形）可能に形成された状態となる。 Next, the sacrificial layer below the vibrating portion 102 is selectively removed by wet etching using an etching solution having high etching selectivity to form a space on the side of the substrate 101. For example, an aqueous hydrogen fluoride solution may be used as the etching solution. According to this etching, Al 0.65 Ga 0.35 As, which has a large composition ratio of Al, is more selectively etched. As a result, the vibrating portion 102 of the beam structure is formed. The portion remaining after the selective removal of the sacrificial layer is designated as the fixing portion 104. The vibrating portion 102 is in a state of being formed on the substrate 101 so as to be vibrated (deformed) apart from the substrate 101.
励振部１０３は、例えば、圧電材料による振動子から構成すればよい。実施の形態における固体量子メモリは、励振部１０３により振動部１０２を振動させ、振動部１０２に動的な歪を加えるところに特徴がある。振動部１０２に適切な動的な歪を加えることで、振動部１０２における固体２準位系の明状態と暗状態との結合状態を形成する。励振部１０３による励振の振動変位を所定の状態に設定し、振動部１０２の歪み量を所定の状態にすることで、固体２準位系の明状態と暗状態とを結合状態とすることができる。 The excitation unit 103 may be composed of, for example, an oscillator made of a piezoelectric material. The solid-state quantum memory according to the embodiment is characterized in that the vibrating unit 102 is vibrated by the exciting unit 103 to apply dynamic strain to the vibrating unit 102. By applying an appropriate dynamic strain to the vibrating unit 102, a coupled state between the bright state and the dark state of the solid two-level system in the vibrating unit 102 is formed. By setting the vibration displacement of the excitation by the excitation unit 103 to a predetermined state and setting the strain amount of the vibration unit 102 to a predetermined state, the bright state and the dark state of the solid two-level system can be combined. it can.
明状態と暗状態との結合状態では、光などにより所定の量子状態とする書き込み・読み出しが可能となる。また、非結合状態における暗状態は、結合状態で設定された（書き込まれた）量子状態が、長時間保持可能となる。 In the combined state of the bright state and the dark state, it is possible to write / read in a predetermined quantum state by light or the like. Further, in the dark state in the uncoupled state, the quantum state set (written) in the coupled state can be held for a long time.
ここで、振動部１０２を、片持ち梁構造とし、針の部分を幅２０μｍ、延在方向の長さ５０μｍとした場合を例に、振動振幅の大きさと歪の大きさとの関係について図２Ａ、図２Ｂを参照して説明する。なお、第１保護層１１２は、ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ超格子構造とし、厚さ１００ｎｍとしている。また、半導体層１１１は、ＧａＡｓから構成し、厚さ４００ｎｍとしている。また、第２保護層１１３は、ＡｌＧａＡｓから構成し、厚さ４００ｎｍとしている。 Here, in the case where the vibrating portion 102 has a cantilever structure and the needle portion has a width of 20 μm and a length of 50 μm in the extending direction as an example, the relationship between the magnitude of vibration amplitude and the magnitude of strain is shown in FIG. 2A. This will be described with reference to FIG. 2B. The first protective layer 112 has an AlGaAs / GaAs superlattice structure and a thickness of 100 nm. Further, the semiconductor layer 111 is made of GaAs and has a thickness of 400 nm. The second protective layer 113 is made of AlGaAs and has a thickness of 400 nm.
図２Ａの動的歪分布に示すように、梁構造の振動部１０２の中央部近傍に、大きな歪（動的歪）が発生していることが分かる。また、圧電振動子から構成した励振部１０３に電圧を印加して励振すると、図２Ｂに示すように、電圧の上昇とともに、振動変位が大きくなり、また、歪量が増加する。このように、適宜に励振部１０３を構成することで、振動部１０２に所定の歪量の歪を加えることができる。 As shown in the dynamic strain distribution of FIG. 2A, it can be seen that a large strain (dynamic strain) is generated in the vicinity of the central portion of the vibrating portion 102 of the beam structure. Further, when a voltage is applied to the excitation unit 103 composed of the piezoelectric vibrator to excite it, as shown in FIG. 2B, the vibration displacement increases and the amount of distortion increases as the voltage rises. By appropriately configuring the excitation unit 103 in this way, it is possible to apply a predetermined amount of strain to the vibration unit 102.
次に、振動部１０２が備える不純物から構成された固体２準位系における、束縛励起子準位の明状態と暗状態について説明する。各状態は、図３に示す測定系により測定することで評価した。この測定系は、光源２０１，音響光学素子２０２，信号源２０３，分光器２０４を備える。まず、信号源２０３から、圧電素子による励振部１０３および音響光学素子２０２に所定の高周波信号を印加する。 Next, the bright state and the dark state of the bound exciton level in the solid two-level system composed of impurities included in the vibrating unit 102 will be described. Each state was evaluated by measuring with the measuring system shown in FIG. This measurement system includes a light source 201, an acoustic optical element 202, a signal source 203, and a spectroscope 204. First, a predetermined high-frequency signal is applied from the signal source 203 to the excitation unit 103 by the piezoelectric element and the acoustic optical element 202.
これにより、振動部１０２を励振した状態で、光源２０１より出射する波長７８０ｎｍの連続波レーザ光を、音響光学素子２０２によりパルス状として振動部１０２に照射する。パルス状のレーザ光照射により、振動部１０２に形成されている固体２準位系の、各束縛励起子準位からフォトルミネッセンス（ＰＬ）光が得られる。このＰＬ光を分光器２０４で測定する。この測定において、振動部１０２に照射するレーザ光のパルス波形と、励振している振動部１０２の振動と間の相対位相を変化させることで、様々な歪を印加した状態における束縛励起子準位のエネルギーを測ることが可能になる。なお、測定は、原理確認のため極低温高真空（９Ｋ，１×１０-4Ｐａ以下）の環境下において実施した。 As a result, in a state where the vibrating unit 102 is excited, the vibrating unit 102 is irradiated with the continuous wave laser light having a wavelength of 780 nm emitted from the light source 201 in the form of a pulse by the acoustic optical element 202. Photoluminescence (PL) light is obtained from each bound exciton level of the solid two-level system formed in the vibrating portion 102 by pulsed laser beam irradiation. This PL light is measured by the spectroscope 204. In this measurement, the bound exciter level in a state where various strains are applied by changing the relative phase between the pulse waveform of the laser beam irradiating the vibrating unit 102 and the vibration of the exciting vibrating unit 102. It becomes possible to measure the energy of. The measurement was carried out in an environment of extremely low temperature and high vacuum (9 K, 1 × 10 -4 Pa or less) to confirm the principle.
上述した各束縛励起子準位からのＰＬ光の測定結果について、図４を用いて説明する。図４に示すように、相対位相０では歪が最小となり、暗状態が明状態から切り離されている。暗状態からは発光が起こらないため、ＰＬスペクトルでは明状態のみが観測される。一方、相対位相π／２では、歪によって暗状態と明状態の結合状態が形成されている。この結合状態では、暗状態と明状態の混ざり合いとなるため、２つの発光ピークが観測される。このように、機械振動構造としている振動部１０２に局所的な動的歪を与えることで、振動部１０２に形成している固体２準位系の光学特性を外部から制御可能となる。 The measurement results of PL light from each of the above-mentioned bound exciton levels will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 4, distortion is minimized at relative phase 0, and the dark state is separated from the bright state. Since no light is emitted from the dark state, only the bright state is observed in the PL spectrum. On the other hand, in the relative phase π / 2, a combined state of a dark state and a bright state is formed by distortion. In this combined state, two emission peaks are observed because the dark state and the bright state are mixed. By applying local dynamic strain to the vibrating portion 102 having the mechanical vibrating structure in this way, the optical characteristics of the solid two-level system formed in the vibrating portion 102 can be controlled from the outside.
なお、振動部１０２は、上述した化合物半導体に限らず、水晶などの結晶材料から構成してもよい。これら材料からなる機械振動構造を用いることで、数ｍＶ程度の小さな電気信号による動的歪が印加可能となる。また、光、磁場、熱を用い、振動部１０２に動的歪を印加することも可能である。振動部１０２は、既存のプロセス技術で作製可能であり、複数の固体量子メモリの集積化、大容量化が容易である。 The vibrating unit 102 is not limited to the compound semiconductor described above, and may be made of a crystal material such as quartz. By using a mechanical vibration structure made of these materials, it is possible to apply dynamic strain due to a small electric signal of about several mV. It is also possible to apply dynamic strain to the vibrating unit 102 using light, a magnetic field, or heat. The vibrating unit 102 can be manufactured by an existing process technique, and it is easy to integrate a plurality of solid-state quantum memories and increase the capacity.
また、振動部１０２を、ＧａＡｓやＩｎＰなどのＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体に限らず、ＧａＮやＡｌＮなどの窒化物半導体から構成してもよい。これら化合物半導体から振動部１０２を構成し、振動部１０２に励振電極を設けて電圧を印加することで、振動部１０２を励振することが可能となる。このように、振動部１０２を化合物半導体から構成することで、化合物半導体の良好な圧電特性を用いて振動部１０２が励振可能であり、また、チップ上に集積化された多数の振動部１０２を同時に独立に制御することが可能となる。 Further, the vibrating portion 102 is not limited to the III-V group compound semiconductor such as GaAs or InP, and may be composed of a nitride semiconductor such as GaN or AlN. The vibrating section 102 can be excited by forming the vibrating section 102 from these compound semiconductors, providing the vibrating section 102 with an exciting electrode, and applying a voltage. By forming the vibrating portion 102 from the compound semiconductor in this way, the vibrating portion 102 can be excited by using the good piezoelectric characteristics of the compound semiconductor, and a large number of vibrating portions 102 integrated on the chip can be excited. At the same time, it can be controlled independently.
次に、上述した動的歪による暗状態と明状態の結合制御を利用した、実施の形態における固体量子メモリのメモリ動作を説明する。 Next, the memory operation of the solid-state quantum memory in the embodiment using the combination control of the dark state and the bright state due to the above-mentioned dynamic distortion will be described.
［動作例１］
はじめに、動作例１について、図５を参照して説明する。図５に示すように、振動部１０２に対する励振により振動部１０２の歪み量を増加させ、固体２準位系における、束縛励起子準位の明状態と暗状態とを結合状態とする。この結合状態で、このエネルギーに共鳴した光を振動部１０２に照射すると、固体２準位系で光吸収が起こり、励起状態となる。これは２準位系の励起状態を用いた量子状態の書き込みとなる。
[Operation example 1]
First, operation example 1 will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 5, the strain amount of the vibrating portion 102 is increased by the excitation with respect to the vibrating portion 102, and the bright state and the dark state of the bound exciton level in the solid two-level system are set as the coupled state. When the vibrating unit 102 is irradiated with light that resonates with this energy in this coupled state, light absorption occurs in the solid two-level system, resulting in an excited state. This is the writing of the quantum state using the excited state of the two-level system.
次に、振動部１０２の歪み量を減少させ、結合を切り離すと、束縛励起子準位は暗状態となるため、固体２準位系における量子状態（励起状態）が保持される。 Next, when the strain amount of the vibrating unit 102 is reduced and the coupling is broken, the bound exciton level becomes a dark state, so that the quantum state (excited state) in the solid two-level system is maintained.
次に、光照射をすることなく、振動部１０２に対する励振により振動部１０２の歪み量を増加させ、束縛励起子準位の明状態と暗状態とを結合状態とする。この結合状態により、固体２準位系から発光が起こり、量子状態の読み出しが可能となる。これら一連の、振動部１０２における歪制御によって、固体２準位系の量子状態の書き込み、保持、読み出しといったメモリ動作が実現できる。固体２準位系における保持時間は、振動部１０２の振動周波数や振動振幅を、外部の励振部１０３により制御することで変えることが可能である。 Next, the strain amount of the vibrating unit 102 is increased by exciting the vibrating unit 102 without irradiating light, and the bright state and the dark state of the bound exciton level are combined. Due to this bonding state, light emission is generated from the solid two-level system, and the quantum state can be read out. By a series of strain control in the vibrating unit 102, memory operations such as writing, holding, and reading the quantum state of the solid two-level system can be realized. The holding time in the solid two-level system can be changed by controlling the vibration frequency and vibration amplitude of the vibrating unit 102 by the external exciting unit 103.
［動作例２］
次に、動作例２について、図６を参照して説明する。動作例１では単一周波数で振動する連続的な動的歪によるメモリ動作を説明したが、本発明は特定の周波数で振動する動的歪に限らない。図６に示すように、まず、パルス状の動的歪を振動部１０２に与えることで結合状態とし、光パルスの照射により励起状態として書き込む。次に、振動部１０２に対して動的歪が加えられていない状態では、暗状態となり、励起状態が保持される。次に、光照射をすることなく、パルス状の動的歪を振動部１０２に与えることで結合状態とする。この結合状態により、固体２準位系から発光が起こり、量子状態の読み出しが可能となる。このように、パルス状の動的歪を振動部１０２に与えることで、任意のタイミングでの書き込み・読み出しが可能となる。
[Operation example 2]
Next, operation example 2 will be described with reference to FIG. In Operation Example 1, the memory operation due to continuous dynamic distortion that vibrates at a single frequency has been described, but the present invention is not limited to dynamic distortion that vibrates at a specific frequency. As shown in FIG. 6, first, a pulse-shaped dynamic strain is applied to the vibrating unit 102 to make it a coupled state, and it is written as an excited state by irradiating an optical pulse. Next, in a state where no dynamic strain is applied to the vibrating portion 102, a dark state is set and the excited state is maintained. Next, a pulsed dynamic strain is applied to the vibrating portion 102 without irradiating with light to bring the vibration unit 102 into a coupled state. Due to this bonding state, light emission is generated from the solid two-level system, and the quantum state can be read out. By applying the pulse-shaped dynamic strain to the vibrating unit 102 in this way, writing / reading can be performed at an arbitrary timing.
上述した動作例１と動作例２では、特に複数の固体量子メモリを集積した際に大きな違いが現れる。動作例１では、全ての量子メモリを同一の周波数で動作させることが可能なため、量子メモリ間での同期が容易に取れる特徴がある。一方、動作例２では個々の量子メモリを独立に操作する上で有利となる。 In the above-mentioned operation example 1 and operation example 2, a large difference appears especially when a plurality of solid-state quantum memories are integrated. In the operation example 1, since all the quantum memories can be operated at the same frequency, there is a feature that synchronization between the quantum memories can be easily obtained. On the other hand, in operation example 2, it is advantageous to operate each quantum memory independently.
以上に説明したように、本発明では、振動部に不純物から構成した固体２準位系を形成し、振動部を励振することで振動部に動的歪を与えるようにしたので、より容易に固体２準位系の明状態と暗状態との結合状態が制御できるようになる。 As described above, in the present invention, a solid two-state system composed of impurities is formed in the vibrating portion, and the vibrating portion is excited to give dynamic strain to the vibrating portion, which makes it easier. It becomes possible to control the coupling state between the bright state and the dark state of the solid two-level system.
なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形および組み合わせが実施可能であることは明白である。 The present invention is not limited to the embodiments described above, and many modifications and combinations can be carried out by a person having ordinary knowledge in the art within the technical idea of the present invention. That is clear.
例えば、上述した実施の形態では、半導体中の束縛励起子準位を用いたが、これに限るものではなく、多種多様な結晶中の不純物準位や人工構造に対しても本発明を用いることが可能である。上述した実施の形態における束縛励起子準位の状態の測定は、原理確認のため極低温高真空（９Ｋ，１×１０-4Ｐａ以下）環境下にて行われたが、本発明における固体量子メモリの動作は、特定の環境に限らず可能である。 For example, in the above-described embodiment, the bound exciton level in the semiconductor is used, but the present invention is not limited to this, and the present invention is also used for impurity levels and artificial structures in a wide variety of crystals. Is possible. The measurement of the bound exciton level state in the above-described embodiment was performed in an extremely low temperature and high vacuum (9 K, 1 × 10 -4 Pa or less) environment to confirm the principle, but the solid quantum in the present invention. The operation of the memory is possible not limited to a specific environment.
また、上述した実施の形態では、振動部を片持ち梁構造としたが、これに限るものではない。振動部は、両持ちの梁構造としてもよく、また、メンブレン構造としてもよく、様々な機械振動構造とすればよい。特に、両持ちの梁構造は、高い動作周波数を得る上で有利となる。また、メンブレン構造は、高い種動作周波数に加え、２次元的な集積化によりメモリをアレー化する上で有利な構造となる。 Further, in the above-described embodiment, the vibrating portion has a cantilever structure, but the present invention is not limited to this. The vibrating portion may have a double-sided beam structure, a membrane structure, or various mechanical vibration structures. In particular, a double-sided beam structure is advantageous in obtaining a high operating frequency. In addition to the high seed operating frequency, the membrane structure is advantageous in arranging the memory by two-dimensional integration.
また、上述した実施の形態では、振動部を構成する半導体として、ＧａＡｓおよびＡｌＧａＡｓを用いた例を示したが、これに限るものではなく、ＩｎＰやＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ、ＡｌＮ／ＡｌＧａＮ／ＩｎＧａＮ等の窒化物半導体やＩｎＡｓ／ＡｌＧａＳｂなど、様々な半導体を用いることが可能である。特に、ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓは、通信波長帯の光を用いた量子メモリにおいて有利である。また、窒化物半導体は高い圧電効果を用いて大きな歪効果を生み出す上で有利である。 Further, in the above-described embodiment, an example in which GaAs and AlGaAs are used as the semiconductor constituting the vibrating portion has been shown, but the present invention is not limited to this, and nitrided by InP, InGaAs / InAlAs, AlN / AlGaN / InGaN, etc. It is possible to use various semiconductors such as physical semiconductors and InAs / AlGaSb. In particular, InP / InGaAs / InAlAs are advantageous in quantum memories using light in the communication wavelength band. Nitride semiconductors are also advantageous in producing a large strain effect by using a high piezoelectric effect.
１０１…基板、１０２…振動部、１０３…励振部、１０４…固定部、１０５…支持部、１１１…半導体層、１１２…第１保護層、１１３…第２保護層。 101 ... Substrate, 102 ... Vibration part, 103 ... Excitation part, 104 ... Fixed part, 105 ... Support part, 111 ... Semiconductor layer, 112 ... First protective layer, 113 ... Second protective layer.
Claims (4)
前記振動部を励振する励振部と、
前記振動部に導入されている不純物から構成された固体２準位系と
を備えることを特徴とする固体量子メモリ。 A vibrating part that is displaceably supported on the board,
An exciting part that excites the vibrating part and
A solid quantum memory including a solid two-level system composed of impurities introduced into the vibrating portion.
前記振動部は、片持ち梁構造とされていることを特徴とする固体量子メモリ。 In the solid-state quantum memory according to claim 1,
The vibrating portion is a solid-state quantum memory characterized by having a cantilever structure.
前記振動部は、化合物半導体から構成されていることを特徴とする固体量子メモリ。 In the solid-state quantum memory according to claim 1 or 2.
The vibrating portion is a solid-state quantum memory characterized in that it is composed of a compound semiconductor.
前記励振部は、振動子から構成されていてることを特徴とする固体量子メモリ。 In the solid-state quantum memory according to any one of claims 1 to 3,
The excitation unit is a solid-state quantum memory characterized in that it is composed of an oscillator.
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