ナノダイヤ中シリコン欠陥、9ケルビンで最高品質の 「単一光子」特性観測に成功 ―高効率・高品質の単一光子源実現へ－

従来のコンピュータでは時間がかかりすぎて解けない問題を解けると期待される光量子コンピュータや、量子力学の原理を用いることで物理的に安全性が保証される量子暗号通信の長距離化（量子中継）の実現には、光の波長（色）がそろった高品質な光子をひとつひとつ発生させる単一光子源の開発が重要です。特に、直径が数十ナノメートルの微小なダイヤモンド（ナノダイヤモンド）中の単一シリコン（Si）空孔（Vacancy）中心（SiV 中心）が注目されています。しかし、高品質な光子発生を可能にする特性の観測は、従来は極めて低い温度（絶対温度で2.3ケルビン）でのみ行われており、単一光子源の実現に大きな課題となっていました。
電気電子デジタル理工学専攻 嶋﨑幸之介 特定研究員（研究当時）、坂本健伍 博士後期課程学生、竹内繁樹 教授、公立千歳科学技術大学 髙島秀聡 准教授らからなる研究グループは、量子科学技術研究開発機構の共同研究グループとともに、シリコンイオンをナノダイヤモンドに注入し熱処理を施したサンプルを開発、従来の限界を大きく塗り替える「9ケルビン」という温度（電気駆動の一般的な冷凍機で容易に到達可能な温度）において、高品質な光子発生特性の観測に成功しました（図1）。
本成果により、一般的な冷凍機を用いた「ハイブリッド単一光子源」の実現へ道が開かれました。これにより、光量子コンピュータや長距離量子暗号通信などの社会実装が大きく加速することが期待されます。

本成果は、2026年6月16日に米国の国際学術誌「ACS Photonics」にオンライン掲載されました。

研究詳細

ナノダイヤ中シリコン欠陥、9ケルビンで最高品質の 「単一光子」特性観測に成功  ―高効率・高品質の単一光子源実現へ－

研究者情報

• 竹内　繁樹　　京都大学教育研究活動データベース

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