【研究分野】光工学・光量子科学

【研究領域課題番号】16H03889 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

自然知能 / 組み合わせ最適化 / スピングラス / 相変化材料 / コロイド結晶 / アニーリング / 最適化問題 / 表面プラズモン / コロイド粒子 / プラズモン / フォノンポラリトン / フラストレーション / 応用光学・量子光工学 / 先端機能デバイス / 光物性 / 流体工学

【研究成果の概要】

スピングラスの解探索を目的とした物理計算機の開発を２つのアプローチで試みた。１つはスピングラスを結合振動子系に置き換え、その最低固有モードを求める問題に変換するものである。アルゴリズムとしての評価を実施し、既存の焼きなまし法と比較して約１桁の計算時間短縮が確認された。また物理実装法として、結合プラズモン粒子系において、粒子間相互作用を相変化材料によって自律的に調節し、高速で最適解に到達するスキームを考案した。２つめは、フラストレーションをかかえたスピン格子系と等価な２次元コロイド結晶に着目した。１umのポリスチレンビーズを使った物理実装を実現し、最適解に至るアニーリング過程を可視化した。

【研究の社会的意義】

相変化材料による演算・記憶機能が大域的に相関を形成することを実証し、その機構の多様性、多自由度性と複雑性に基づく入出力相関の中にコンピューティング機能、さらには広義の知性を見出す契機となった。これらの研究を通して非ノイマン型コンピューティングの新しい着想と設計論が生まれると期待され、工学的意義は大きい。
既存のアルゴリズムの実装によるコンピューティング機能の実証を通して、脳機能や複雑な自然・社会現象の理解を目的とした構成論的アプローチ、すなわち複雑な相互作用、相関形成機能を内在したシミュレータを実際に動かして現象の理解に役立てるへの応用という新しい視座を得ることができた。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2016-04-01 - 2019-03-31

【配分額】16,900千円 (直接経費: 13,000千円、間接経費: 3,900千円)

【研究分野】電子デバイス・電子機器

【研究領域課題番号】15H03985 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

光集積回路 / 偏波 / 応用光学・量子光工学 / 光物性 / 半導体超微細化 / フォトニックネットワーク / 情報通信工学 / 偏光制御 / 光通信 / 半導体集積フォトニクス / 偏波制御 / 光通信システム

【研究成果の概要】

本研究では，半導体光集積回路内で光の偏波状態を自在に制御・検出する技術を実現し，一連の偏波処理光集積回路を創製することを目的とした．インジウムリン（InP）基板上にハーフリッジ型偏波変換素子と量子井戸型変調器や受光素子をモノリシックに集積することで，小型かつ高効率な偏波変調素子と偏波アナライザが実現できることを提案し，素子の試作と実証に成功した．さらに，これらの素子を用いることで，高速な多値ストークスベクトル変調信号を復調できることを実証した．これらの技術は，次世代の光通信システムをはじめとし，光センシング，量子演算など，多様な分野への応用が期待される．

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2015-04-01 - 2018-03-31

【配分額】16,510千円 (直接経費: 12,700千円、間接経費: 3,810千円)

【研究分野】応用物性・結晶工学

【研究領域課題番号】24360004 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

半導体 / 光物性 / エピタキシャル成長 / 量子光学 / 単一光子 / 量子もつれ光子対 / 半導体物性 / MBE、エピタキシャル / 応用光学・量子光光学 / 応用光学・量子光工学 / 励起子分子 / 原子層ドーピング / 等電子トラップ

【研究成果の概要】

原子層ドーピングを利用して、窒素原子およびエルビウム原子局所ドーピング構造半導体を作製し、量子情報通信において重要な役割を担う完全ランダム偏光かつ優れた波長再現性を有する単一光子および量子もつれ光子対の高効率生成を目指した。窒素原子局所ドーピング構造半導体を用いて、量子もつれ光子対生成に応用できるランダム偏光の励起子分子および励起子発光の観測に成功した。エピタキシャル成長中のエルビウム原子の表面偏析の温度依存性を定量的に調べることによって、原子層ドーピング構造半導体を作製するための条件として低温成長が必須であることを明らかにした。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2012-04-01 - 2015-03-31

【配分額】19,240千円 (直接経費: 14,800千円、間接経費: 4,440千円)

【研究分野】応用光学・量子光工学

【研究領域課題番号】24656045 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

量子エレクトロニクス / 応用光学・量子光工学 / 光物性

【研究成果の概要】

中赤外光は様々な分子振動モードと共鳴するため、分子構造を知り、さらにはそれを制御するツールとして高い潜在性をもつ。そのため、中赤外波長域で光電場を顕著に増強する技術が確立すれば、高分子の立体構造を解析できる分光計測技術や分子反応を自在に制御できる技術などにつながると期待できる。こうした応用を見据え、本研究では、中赤外光を共鳴的に増強する金属ナノ構造とその周波数応答特性、さらには、ナノメートルスケールでの近接場の空間分布を、理論・実験両面から明らかにした。さらには、理論解析によって増強近接場の時間波形を解析し，近接場の電場波形を制御する上での自由度を明らかにした．

【研究種目】挑戦的萌芽研究

【研究期間】2012-04-01 - 2014-03-31

【配分額】4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)

【研究分野】応用光学・量子光工学

【研究領域課題番号】23686013 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

量子エレクトロニクス / 応用光学・量子光工学 / 超高速現象 / 光物性

【研究成果の概要】

赤外光は分子振動運動を共鳴的かつ選択的に駆動するツールとして優れる。本研究では、中赤外超短パルスとその波形整形技術を利用して分子の運動そして反応を駆動する技術の開発を目指した。その結果、(1)中赤外光の波形整形によって分子振動の大振幅化が可能であることを理論・実験両面から明らかにし、(2)大振幅振動を実現する最適波形を理論的に設計し、さらに(3)振動遷移における量子力学的な経路間干渉の操作に成功した。

【研究種目】若手研究(A)

【研究期間】2011-04-01 - 2014-03-31

【配分額】27,560千円 (直接経費: 21,200千円、間接経費: 6,360千円)

【研究分野】応用物性・結晶工学

【研究領域課題番号】21360004 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

半導体物性 / 光物性 / 応用光学・量子光工学MBE / エピタキシャル / 単一光子 / 結晶工学 / 応用光学・量子光工学 / MBE、エピタキシャル / MBE,エピタキシャル

【研究成果の概要】

原子層ドーピング技術を用いて局所ドーピング構造半導体を作製し、量子暗号通信などの量子情報技術において重要となる、優れた波長再現性・完全なランダム偏光などの特徴を有する単一光子発生の実現を目指した。窒素原子局所ドーピング構造半導体の作製に用いる基板面方位の選択によって量子暗号通信への応用にとって望ましい完全なランダム偏光を実現した。また、量子もつれ光子対生成につながる励起子分子発光の観測に成功した。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2009 - 2011

【配分額】18,460千円 (直接経費: 14,200千円、間接経費: 4,260千円)