富士通研究所の単一光子発生

２００４年７月15日に発表されて大きなインパクトをもたらしたニュースがあります。

東京大学先端科学技術研究センター・生産技術研究所ナノエレクトロニクス連携研究センターの荒川泰彦教授のグループと富士通研究所ナノテクノロジー研究センターとが共同で、通信波長帯の単一光子を安定的に発生させたというものです。

従来のレーザー光源を利用した方法だと、複数光子の発生を防ぐために出力を抑える必要があり、そのため光子の無発生（空撃ち）の頻発が避けられず、高い効率が得られませんでした。

今回の技術はそれに対し、長距離量子暗号通信の速度を、４００倍以上に高速化できる可能性があるということです。

元になる量子ドットは、自己組織化的に作成した、高さ２～３nm、直径20nmほどのものです。

そこにレーザーで励起させた電子と正孔とをほぼ確実に１つずつ落とし込み、両者を再結合させることで、単一光子を得ます。

ごく稀には２つの光子が発生することもありますが、最初の１つは波長がやや異なるので、フィルタで取り除くことができます。

あわせて光ファイバーを通過した光を２手に分け、両者の光の受信のタイミングを正確に測定できる単一光子受信システムを設計・開発しました。

これにより、複数光子の発生は、ほぼ確実に抑えられることが確認できました。

なお、２００４年７月に検証した単一光子の波長は1.3μｍですが、この値は量子ドットのサイズや材料により調整することができます。

伝送損失が小さくより一般的な通信波長である1.55μｍでの伝送にも成功したと２００５年５月に発表されました。

今後は、レーザでなくＰＮ接合に電流を流して光子を発生させること、またその部分の温度を現在の10Ｋ（絶対温度）より高められること、などの課題に取り組み、２００７年頃に実用化させたい、ということです。