Institute for Nano Quantum Information Electronics The University of Tokyo 東京大学ナノ量子情報エレクトロニクス研究機構

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Institute for
Nano Quantum Information Electronics
The University of Tokyo
東京大学ナノ量子情報エレクトロニクス研究機構
研究機構について
about NanoQuine
ナノ量子情報エレクトロニクス研究機構は、ナノ科学技術や情報科学に立脚したイノベー
ションの創出および人材育成を目的に、東京大学が平成18年10月に設立した総長室直轄の学
内横断組織です。東京大学が擁するナノ技術、量子科学、I Tの「知」を結集し、海外を含めた
学外研究組織とも強い連携を図りつつ、ナノ量子情報科学技術分野における世界拠点形成に
向けて、その充実化を図っています。
本機構は、平成18年度科学技術振興調整費(現・地域産学官連携科学技術振興事業費補助
事業)先端融合領域イノベーション創出拠点プログラムの一つとして採択された「ナノ量子情
報エレクトロニクス連携研究拠点」プロジェクトを推進する中核的研究組織とも位置づけてい
ます。その連携研究拠点プロジェクトも平成20年度における3年目絞り込み再審査や7年目の
中間評価を順調に通過し、現在、産学連携によるイノベーション創出、人材育成というさら
なるミッション達成を目標に活動を一層強化推進しています。
拠点にはシャープ、NEC、日立製作所、富士通研究所、QDレーザの5協働企業が各「東大
企業ラボ」を設置し、特定研究テーマを幹にしながら、広く東京大学内にシーズを探索する
「T型連携」のもと、産学協働研究を推進しています。現在では複数企業間の連携研究への発
展など、連携スタイルも含めて、世界に誇る成果を着々と生み出しています。またベンチャ
ーであるQDレーザはビジネスモデルも含め、多様な分野への量子ドットレーザの市場展開を
図り、イノベーション創出の実績を上げてきました。
拠点形成を通じ、本機構では、量子ドットをはじめとするナノ技術、量子科学、ITの先端
プロジェクト総括責任者
東京大学総長
五神 真
Project Leader
President of the University of Tokyo
Professor, Dr. Makoto GONOKAMI
領域の融合による次世代デバイスの開発を推進するとともに、より高度な量子暗号通信や量
子計算機の動作実証に向けた量子情報技術の確立を図ってきました。また、量子ドット太陽
電池など、エネルギーデバイスの基盤研究も推進しています。これらの技術革新により、将
来の安全・安心・グリーンな情報社会に向けた、さらなるイノベーションの創出を目指しま
す。同時に部局横断組織として、システム改革に努めています。イノベーション創出の加速
を図るため、知財改革や雇用システム改革、国際拠点にふさわしい研究交流、理学、工学の
枠を超えた、協働企業も含めた横断的教育プログラムの実践を通じた将来の俯瞰的人材育成
など、多くの改革事業を積極的に推進しています。
皆様の一層のご支援・ご鞭撻を期待しておりますので、どうぞ宜しくお願い申し上げます。
The University of Tokyo established the Institute for Nano Quantum Information
Electronics(NanoQuine)in October 2006 as a cross-departmental organization under the
direct control of the university president. The objectives of NanoQuine are to realize
technical innovation for future advanced electronics based on nanotechnology, nanoscience, and
information technologies, as well as mentoring young researchers who will take a
leadership role in the future. NanoQuine facilitates industrial and research collaboration
with several leading domestic companies, domestic universities, and overseas universities in
order to become an international“state-of-the-art”center of excellence in the field of nanoscale quantum information electronics.
NanoQuine is the core organization for executing a large scale national project, titled the
“Center of Excellence for Nano Quantum Information Electronics”, which is supported by
the“Creation of Innovation Centers for Advanced Interdisciplinary Research Areas(CICAIRA)”
program. 3 years after the project’
s inception, as a result of an evaluation of our research
progress, our project was selected as one of the continuing major research programs in Japan.
Since then we have also passed a 7th year interim appraisal, and NanoQuine is continuing to
pursue further technological advances and the nurturing of human resources through
industrial and academic collaborations.
Five leading Japanese electronics companies ─ Sharp, Hitachi, NEC, Fujitsu and QD
Laser Inc.─ are fully involved in the project, promoting the creation of innovation through
intensive collaboration. In order to establish strong university-company links, NanoQuine
has opened on-campus joint laboratories with each of these companies, and has recently led the
development of collaborative research projects between these labs. This in turn has led to an
intensive research output. QD Laser Inc., for example, has revolutionized optical
communications based on quantum dot technology, and has achieved the creation of
innovation through the market expansion of QD lasers.
We are developing nanotechnology, such as quantum dots, for making next generation
devices based on the convergence of quantum science and the cutting edge of information
technology. Through this we are planning to establish quantum information technologies for the
realization of highly-developed quantum cryptography and computation systems.
Furthermore, we are carrying out research into quantum dot solar cells and energy
devices. We hope that the innovation brought about by these technologies will inspire even
further innovation towards the development of a safe/secure and green information society.
In addition to pioneering innovations in technology, NanoQuine has a flexible management and
organization structure, enabling the smooth operation of collaborative research, promoting
international exchange as a worldwide institute with foreign researchers, and further
facilitates the creation of intellectual property. NanoQuine’ s education and outreach
include the establishment of interdisciplinary and interdepartmental training programs for
graduate students and young researchers to educate a skilled and diverse workforce.
We wish your strong support and encouragement for the success of our projects.
研究機構長
生産技術研究所教授
荒川 泰彦
Director of NanoQuine
IIS
Professor, Dr. Yasuhiko ARAKAWA
拠点諮問委員長
横浜薬科大学学長
(一財)茨城県科学技術振興財団理事長
江崎 玲於奈
Chair of International Advisory Committee
Yokohama College of Pharmacy,
The Science and Technology Promotion
Foundation of Ibaraki
President, Dr. Leo ESAKI
研究機構の構成
Organization
■ 実施体制
東京大学 The University of Tokyo
経営委員会
Board of Director
ナノ量子情報エレクトロニクス連携研究拠点
拠点諮問委員会
COE for Nano Quantum Information Electronics
International Advisory Committee
総括責任者:総長 五神 真
委員長:江崎 玲於奈
協働企業
ナノ量子情報エレクトロニクス研究機構 NanoQuine
東京大学関連部局
Affiliated Institutions in
Univ. of Tokyo
運営・企画組織 Steering Organizations
生産技術研究所
運営委員会
企画委員会
Steering committee
Sharp, NEC, Hitachi, Fujitsu, and QDL
Steering Sub Committee
協力機関
先端科学技術
研究センター
Organizations and Industries
理学系研究科
物性研究所
情報通信研究機構
NT T 物性科学基礎研究所 など
研究推進組織 Research Divisions
工学系研究科
情報理工学系研究科
Collaborative Companies
シャープ株式会社/日本電気株式会社
株式会社日立製作所/株式会社富士通研究所
株式会社QDレーザ
機構長:荒川 泰彦
NICT, NTT etc.
機
構
長
次世代ナノエレクトロニクス研究部門
ナノ量子情報エレクトロニクス研究部門
Director
量子情報科学技術基盤研究部門
IIS, RCAST,
教
育
・
人
材
育
成
委
員
会
Advanced Nanolectronics
Nano Quantum Information Electronics
Quantum Science and Technology
School of Engineering,
School of Information
Science and
Technology,
東大シャープラボ/東大NECラボ/東大日立ラボ/東大富士通ラボ/東大QDLラボ
School of Science,
UT-Sharp Lab/UT-NEC Lab/UT-Hitachi Lab/UT-Fujitsu Lab/UT-QDL Lab
企業ラボ
UT-Industry Labs
国内連携
Domestic Collaborations
京都大学/東京工業大学/神戸大学
慶應義塾大学/上智大学
Kyoto Univ., TITEC, Kobe Univ.,
Keio Univ., Sophia Univ.
国際連携
Committee
for
Education
and
Talent
Training
Oversea Collaborations
スタンフォード大学(米)/ミュンヘン工科大学(独)
デルフト工科大学(蘭)/ケンブリッジ大学(英)
サレント大学(伊)
Stanford Univ., TU Munich, Delft Univ. of Technol.,
Univ. of Cambridge, Univ. of Salento
and ISSP
■ 企業ラボ UT-Industry Labs
ナノ量子情報エレクトロニクス研究機構 NanoQuine
東大企業ラボ UT-Industry Labs
東大シャープラボ
UT-Sharp Lab
東大シャープラボの例。
左から入り口、プレート、実験風景
東大NECラボ
UT-NEC Lab
東大日立ラボ
UT-Hitachi Lab
東大富士通ラボ
UT-Fujitsu Lab
東大QDLラボ
UT-QDL Lab
シャープ株式会社
日本電気株式会社
株式会社日立製作所
株式会社富士通研究所
株式会社QDレーザ
Sharp
NEC
Hitachi
Fujitsu
QDL
研究部門および産学連携による研究開発成果 Research Divisions and Research Developments through Industrial Collaboration
本機構は実施体制図にあるように、3つの研究部門を持ち、ナノ量子情報エ
レクトロニクスの融合による産学連携研究を進めています。より高度な量子ド
ットレーザや単一光子光源の技術開発を図り、次世代 IoTに必要な超ブロードバ
ンド、超高セキュリティ、超高エネルギー効率のグリーンITネットワークづ
くり、および高性能エネルギー変換技術の開発にも取り組んでいます。また、
フレキシブルエレクトロニクスやポストCMOS技術開発、量子ドット高効率
光検出器の技術開発も推進しています。さらに量子暗号通信、量子中継などに
よる超高セキュリティな量子情報通信ネットワークの実用化技術の確立により、
フォトニック・量子融合ネットワーク技術基盤の確立を図ります。これらと合
わせて、飛躍的な計算量の増大が期待できる量子計算機の基盤技術の確立を目
指します。右に産学連携による代表的な3つの研究開発成果を紹介します。
As shown in the schematic, NanoQuine has 3 main divisions, and is making
headway in industrial research into the convergence of nanoscale quantum
information electronics. We are exploring and developing advanced technologies,
such as quantum dot lasers and single-photon sources, and working towards
establishing green information networks with ultra-broadband, ultra-high
security, and ultra-high energy efficiencies and efficient energy-conversion for
the future internet of things. Other focuses of our research include the
development of flexible electronics, post CMOS technology, and high
efficiency light detectors.
Moreover, in order to establish the technologies required for the realization
of an ultra-secure quantum information network offered by quantum
cryptography and quantum repeaters, we are planning to establish a
quantum/photonic convergence technology platform. In tandem with this, we aim
to produce the basic foundations for the development of a quantum information
processor that will usher in a paradigm shift in rapid calculation. To the right
we introduce 3 representative research developments.
量子ドットレーザの温度安定性、高温動作を達成
Development of High Performance Quantum Dot Lasers
量子ドットレーザ概念図と量子ドットのAFM像
量子ドットレーザの温度特性
機構は(株)
QDレーザ、
(株)
富士通研究所とコンカレントな連携研究体制のも
とに、量子ドットレーザのさらなる高性能化に向けて開発を進めています。通
信用途では−40℃∼125℃において安定動作を実現し、地下資源探査用途向け
には220℃高温下の動作も実証しました。シリコンフォトニクス光源としても耐
高温性を実証しています。量子ドットレーザは低消費電力かつ安定動作に優れ、
低コスト化も図れることから、新世代光源として期待されています。
Together with QD Laser and Fujitsu, we are working towards increasing the
performance of quantum dot lasers. Recent developments include the realization of
stable operation between -40℃ and 125℃ for communications use, and also
operation at 220℃for use in the probing of underground resources. We
have shown that as a light source on silicon, such devices can withstand high
temperatures. Quantum dot lasers are excellent for low power consumption and
operational stability, and with reducing costs they are expected to play an
important role as next generation light sources.
■ 拠点諮問委員会
Members of International Advisory Committee
榊 裕之 Dr. Hiroyuki SAKAKI, President
豊田工業大学学長
Toyota Technological Institute
江崎 玲於奈 Dr. Leo ESAKI, President
長野 裕子 Ms. Yuko NAGANO, Counselor
横浜薬科大学学長、
(一財)茨城県科学技術振興財団理事長
文部科学省研究振興局参事官(ナノテクノロジー・物質・材料担当)
Yokohama College of Pharmacy, The Science and Technology Promotion Foundation of Ibaraki
Ministry of Education, Culture, Sports, Science and Technology
神谷 武志 Dr. Takeshi KAMIYA, Prof. Emeritus
村瀬 淳 Dr. Jun MURASE, Director General
東京大学名誉教授
日本電信電話(株) 先端技術総合研究所所長
The University of Tokyo
NTT Science and Core Technology Laboratory Group
岸 輝雄 Dr. Teruo KISHI, Prof. Emeritus, Adviser
ゲルハルト・アブストライタ Dr. Gerhard ABSTREITER, Prof. Emeritus
国立研究開発法人 物質・材料研究機構顧問
ミュンヘン工科大学教授
National Institute for Materials Science
Tech. University of Munich
坂内 正夫 Prof. Masao SAKAUCHI, Chair of Board of Directors
フェデリコ・カパソ Dr. Federico CAPASSO, Professor
国立研究開発法人 情報通信研究機構理事長
ハーバード大学教授
National Institute of Information and Communications Technology
Harvard University
■ イノベーションロードマップ
An innovation road map
量子・ナノ科学をEngineeringに
次世代ナノエレクトロニクス
イノベーション創出に対する成熟度
高効率・低消費電力
青色量子
ドットレーザー
光電子融合
1.55μm
量子ドットレーザー
超ブロードバンド
ウェアラブル
エレクトロニクス
フレキシブル
エレクトロニクス
安全・高効率・グリーンな
ユビキタスIT社会
アンビエント環境
高セキュア通信
量子演算システム
エネルギー創成
ナノ量子機構拠点棟の玄関(右端は機構看板)
量子暗号通信
システム
有機CMOS回路
1.3μm
量子ドットレーザー
量子情報エレクトロニクス
エンタングル光源
量子ドット太陽電池
有機分子
有機半導体
単一光子源
ナノ技術・量子技術
量子ドット
2010
量子科学を
情報の世界へ
エネルギー・環境
量子医用マーカ
2015
2020年
複数企業ラボ間の連携で進む量子暗号通信実験
通信波長帯単一光子源を用いた量子暗号通信で長距離量子鍵配付を実現
Development of a Long-distance Quantum Key Distribution
System based on Telecoms-band Single Photon Sources
1.5µm帯
単一光子発生器
通信波長帯単一光子源による
量子暗号鍵配付装置
1.55μm電流駆動
単一光子発生素子
有機薄膜トランジスタで高速性や高耐熱性を達成
Development of Organic Thin Film Transistors with High Performance
短チャネルによる有機薄膜
トランジスタの高移動度化
高耐熱性DPh-DNTT有機薄膜トランジスタの
光学顕微鏡像(中)と温度による移動度特性(右)
機構および(株)富士通研究所、日本電気(株)
、
(株)日立製作所 と競合企業間の壁
機構はシャープ(株)
、日本電気(株)と連携して、大面積、フレキシブル、軽量、
を超える異色の産学連携で、量子暗号通信技術の開発を進めてきました。通信波長
の1.5µm帯単一光子源による量子暗号通信は性能的に最も期待でき、すでに盗聴の原
因となる複数光子の発生率を従来の500分の1に抑えた世界最高水準の単一光子生成
を実現するとともに、量子暗号鍵の配付距離を100km超に記録更新しています。
低コスト化が見込まれる有機薄膜トランジスタ(TFT)の高性能化に取り組んできま
した。高速動作回路への応用を目指し、数ミクロンのチャネル長で3㎠/Vs以上の高
移動度を達成しました。また有機/絶縁膜界面の制御によって、250℃の世界最高
の高耐熱性も実現し、熱に弱い有機半導体の応用分野の拡大にも寄与しています。
Together with Fujitsu, NEC and Hitachi we have overcome inter-company
competition and moved forward in developing quantum key distribution
technologies. By using a single photon source operating in the 1.5µm
wavelength band(where we can anticipate great performance), we have
been able to suppress multiphoton emission by a factor of 500(realizing the
most pure single photon emission), and have also succeeded in the secure
distribution of a quantum key over distances greater than 100km.
Together with Sharp and NEC we have been working to increase the
performance of large-area flexible light low-cost organic thin film
transistors. By using a micron scale channel length we have been able to
achieve a high mobility(3㎠/Vs), and are aiming at applications in high
speed circuits. Furthermore, by controlling the organic/insulator interface
we have been able to realize a record temperature resistance of our
devices(up to 250℃), thus opening up new possibilities in the field of
organic semiconductors which are typically susceptible to thermal effects.
研究機構主要メンバー(大学)
Leading Members of the Institute(Academic)
有田 宗貴 准教授(特任)
Project Associate Prof.
Munetaka ARITA
石田 寛人 教授(客員)
伊藤 公平 教授(客員)
Prof. Kohei ITOH
生産技術研究所
ナノ量子情報エレクトロニクス
ナノ量子情報エレクトロニクス
研究機構
半導体ナノ構造の結晶成長・
物性制御
Prof. Hiroto ISHIDA
金沢学院大学名誉学長
科学技術政策・原子力工学
慶応義塾大学理工学部
半導体工学
今井 浩 教授
岩本 敏 准教授
Prof. Hiroshi IMAI
Associate Prof.
Satoshi IWAMOTO
荒川 泰彦 教授
Prof. Yasuhiko ARAKAWA
太田 泰友 准教授(特任)
情報理工学系研究科
コンピュータ科学専攻
量子情報処理工学
生産技術研究所
ナノオプトエレクトロニクス
北村 雅季 准教授(委嘱)
勝本 信吾 教授
Project Associate Prof.
Yasutomo OTA
大津 元一 教授
Prof. Motoichi OHTSU
ナノ量子情報エレクトロニクス
研究機構
量子オプトエレクトロニクス
Associate Prof.
Masatoshi KITAMURA
染谷 隆夫 教授
Prof. Shingo KATSUMOTO
物性研究所
低温物理学・量子物性
神戸大学工学研究科
有機半導体エレクトロニクス
工学系研究科電気系工学専攻
ナノ・有機エレクトロニクス
竹内 繁樹 教授(委嘱)
田中 雅明 教授
Prof. Shigeki TAKEUCHI
Prof. Masaaki TANAKA
Prof. Takao SOMEYA
工学系研究科電気系工学専攻
ナノフォトニクス
高橋 琢二 教授
Prof. Takuji TAKAHASHI
生産技術研究所
ナノプローブ技術
田辺 克明 准教授(委嘱)
Associate Prof. Katsuaki TANABE
樽茶 清悟 教授
Prof. Seigo TARUCHA
京都大学工学研究科
電子工学専攻
量子光学・量子情報工学
工学系研究科電気系工学専攻
スピントロニクス、
電子材料物性
中岡 俊裕 准教授(客員)
Associate Prof.
Toshihiro NAKAOKA
中村 泰信 教授
上智大学理工学部
ナノ構造スペクトロスコピー
先端科学技術研究センター
超電導量子エレクトロニクス
京都大学工学研究科
化学工学専攻
エネルギープロセス工学
工学系研究科物理工学専攻
半導体ナノ構造の物理と応用
野田 進 教授(委嘱)
野村 政宏 准教授
Prof. Susumu NODA
Associate Prof. Masahiro NOMURA
Prof. Yasunobu NAKAMURA
京都大学工学研究科
電子工学専攻
光量子電子工学
生産技術研究所
量子融合エレクトロニクス
Project Associate Prof.
Mark HOLMES
マーク ホームズ 准教授(特任)
平川 一彦 教授
平本 俊郎 教授
古澤 明 教授
Prof. Kazuhiko HIRAKAWA
Prof. Toshiro HIRAMOTO
Prof. Akira FURUSAWA
生産技術研究所
シリコンナノデバイス
工学系研究科物理工学専攻
量子光学・量子情報科学
生産技術研究所
量子半導体エレクトロニクス
撮影:日経BP社
ナノ量子情報エレクトロニクス
研究機構
量子ドット・ナノワイヤ・オプト
エレクトロニクス
山本 喜久 教授(委嘱)
町田 友樹 准教授
Associate Prof.
Tomoki MACHIDA
生産技術研究所
半導体低次元電子輸送現象
山内 薫 教授
村尾 美緒 教授
Prof. Mio MURAO
理学系研究科物理学専攻
量子情報処理理論
Prof. Yoshihisa YAMAMOTO
Prof. Kaoru YAMANOUCHI
理学系研究科化学専攻
物理化学・化学反応動力学・
強光子場科学
科学技術振興機構
スタンフォード大学
国立情報学研究所
量子情報
機構の主な歩み The History of NanoQuine
・2006.10 ナノ量子機構の設置、東大企業ラボもスタート
NanoQuine is established, and on-campus joint laboratories are
opened with Japanese electronics companies.
・2007.04 横断型教育プログラム「ナノ量子情報エレクトロニクス特論」スタート
NanoQuine commences a special series of lectures titled“nano
quantum information electronics”for students as part of
interdisciplinary and interdepartmental training programs.
・2008.02 機構本部機能を駒場As棟に集約、拠点形成を充実
The head office, joint laboratories and auxiliary offices of NanoQuine
are consolidated to the As building in Komaba research campus.
・2009.01 先端融合COE絞込み再審査で継続課題に決定
As a result of the CICAIRA evaluation of our research progress,
NanoQuine is selected as one of the continuing major research
projects to receive funding in Japan.
・2009.04 QDレーザが5社目の協働企業に参画、イノベーション創出に拍車
QD Laser Inc. joins the project as the 5th collaborative company to
foster the creation of innovation.
・2010.04 QDレーザによる量子ドットレーザの出荷が2010年度に量産レベルに
QD Laser Inc. begins mass production of quantum dot lasers for
optical telecom applications.(2010 financial year)
・2012.09 経産・未来開拓プロ(翌年度NEDO移管)に関しPETRAと共同研究開始
Research collaboration with PETRA on the Future Pioneering
Project is started.(A project which is since overseen by NEDO).
・2013.02 文部科学省が先端融合24年度中間評価結果(7年目)
を発表
MEXT released the interim appraisal results of the CICAIRA
Program(7th year).
研究機構主要メンバー(企業ラボ)
Leading Members of the Institute(Industrial)
東大シャープラボ UT-Sharp Lab.
種谷 元隆
中山 純一郎
友村 好隆
和泉 真
Dr. Mototaka TANEYA
Dr. Junichiro NAKAYAMA
Dr. Yoshitaka TOMOMURA
Dr. Makoto IZUMI
シャープ(株)
執行役員
研究開発本部長 教授(客員)
基盤技術研究所長
オープンイノベーションセンター
協業推進室長
基盤技術研究所
主任研究員
江村 克己
田原 修一
萬 伸一
山本 剛
Dr. Katsumi EMURA
Dr. Syuichi TAHARA
Dr. Shinichi YOROZU
Dr. Tsuyoshi YAMAMOTO
日本電気(株)
執行役員兼
中央研究所長
教授(客員)
中央研究所
理事
スマートエネルギー研究所
所長代理
スマートエネルギー研究所
主任研究員
小島 啓二
鈴木 教洋
山田 真治
松岡 秀行
Dr. Keiji KOJIMA
Dr. Norihiro SUZUKI
Dr. Shinji YAMADA
Dr. Hideyuki Matsuoka
教授(客員) 研究開発グループ 社会イノベーション協創
統括本部長
研究開発グループ 基礎研究センタ長
研究開発グループ 基礎研究センタ 主管研究長
富田 達夫
矢野 映
山本 剛之
竹本 一矢
Dr. Tatsuo TOMITA
Dr. Ei YANO
Dr. Tsuyoshi YAMAMOTO
Dr. Kazuya TAKEMOTO
教授(客員)
取締役
デバイス&マテリアル研究所 シニアディレクター
デバイス&マテリアル研究所 主任研究員
菅原 充
武政 敬三
高田 幹
山口 正臣
Dr. Mitsuru SUGAWARA
Dr. Keizo TAKEMASA
Dr. Kan TAKADA
Dr. Masaomi YAMAGUCHI
デバイス開発部 部長
デザインエンジニア
ウエハエンジニア
東大NECラボ UT-NEC Lab.
東大日立ラボ UT-Hitachi Lab.
(株)日立製作所 執行役常務 研究開発グループ長
東大富士通ラボ UT-Fujitsu Lab.
(株)富士通研究所
取締役会長
東大QDLラボ UT-QDL Lab.
教授(客員)
(株)QDレーザ
代表取締役社長
(2015年4月1日現在)
Area Map
Campus Map
ナノ量子情報エレクトロニクス研究機構へのアクセス
駐車場
駐車場
小田急線 東北沢駅から徒歩7分/
井の頭線 駒場東大前駅から徒歩10分/
井の頭線 池ノ上駅から徒歩10分/
小田急線・千代田線 代々木上原駅から徒歩12分
1
Access to NanoQuine
F
E
グラウンド
4
D
7 min. walk from Higashi-Kitazawa Station /
10 min. walk from Komaba-Todaimae Station /
10 min. walk from Ikenoue Station /
12 min. walk from Yoyogi-Uehara Station
C
An
B
As棟
東京大学
駒場リサーチキャンパス
Komaba Research Campus
研究機構ホームページ
NanoQuine本部
http://www.nanoquine.iis.u-tokyo.ac.jp/
研究機構本部:〒153-8505 東京都目黒区駒場4-6-1 東京大学駒場リサーチキャンパス As棟 Phone:03-5452-6920 Fax:03-5452-6921
Nano Quine Office: As build. 4-6-1,Komaba,Meguro-ku,Tokyo 153-8505 Japan Phone:+81-3-5452-6920 Fax:+81-3-5452-6921
E-mail:nquine@iis.u-tokyo.ac.jp
東京大学ナノ量子情報エレクトロニクス研究機構
代表的な研究成果(2012年1月現在)
量子ドットレーザの高性能化技術を開発・市場化にも成功
次世代ナノエレクトロニクス研究部門
Advanced Nanoelectronics
High-Performance QD Lasers and their First Commercialization
光通信用途に向け、量子ドットレーザの高性能
化、大量生産技術の開発を行い、(株)QDレー
ザが長波長帯ファブリペロー型通信用量子ドッ
トレーザの実用化、商用化を開始しました。ま
た、温度変動の極めて小さい量子ドットレーザ
の特性を活かし、長波長帯にて220℃以上の温
度でも連続発振する、資源探索等の厳しい環境
下において使用可能な量子ドットレーザを開発
しました。この様に、ビジネスモデルの確立も
含めて、新たなイノベーションの推進役を担っ
ています。
【文献】CLEO-Europe2011, PW2012
【連携】東大・富士通研・QD Laser
We have improved characteristics of
quantum
dot(QD)
lasers
and
developed mass-production scheme.
Then QDLaser, Inc. commercialized
QD-FP
lasers
for
optical
communications.
Also
1.3µmwavelength QD lasers that can
operate even at 220℃ under
continuous-wave operation have been
developed. Such devices can be used
under harsh environments like
underground exploration of natural
resources. This is an example of our
unique innovation promotion scheme.
商用化された(株)QDレーザ製
1270-1310 nm 量子ドットレーザ
(製品型番:QLF1339-AA)
【 CLEO-Europe2011, PW2012 】
【Cooperation】UT/Fujitsu Lab/QD Laser
最速200KHz有機CMOS回路技術を開発・有機タグに道を拓く
220℃まで発振する、長波長帯
量子ドットレーザの光出力特性
次世代ナノエレクトロニクス研究部門
Advanced Nanoelectronics
Organic CMOS Circuits Operated at the World’
s Highest Frequency, 200 kHz
有機トランジスタの特長を生かし、低コスト、
フレキシブル、大面積エレクトロニクスや
CMOS回路への応用を展開しています。最近で
は、有機PMOS、NMOSそれぞれで世界最高の
10MHzを超える電流利得遮断周波数を実現しま
した(図1)。また、その基盤技術をCMOS回路
に応用し、有機CMOSリングオシレータで世界
最高速を示す200kHzの動作に成功しました(図
2)。これらはフレキシブルディスプレイやRFID
tagへの応用を期待させる成果です。
【文献】Appl. Phys. Express Vol.4 051601(2011)
【連携】東大・シャープ
We promote application to low cost,
flexible, large area electronics and
CMOS
circuits
using
organic
transistors. We have demonstrated
current-gain cutoff frequencies above
10MHz in organic PMOS and NMOS.
Also, we have developed an organic
CMOS ring oscillator operating at
200kHz, which is the highest
frequency as organic CMOS circuits.
The results show that our devices
have the potential to application of
organic
transistors
to
flexible
displays and RFID tags.
図1 電流利得遮断周波数
Fig.1 Current-gain cutoff frequencies
【Reference】Appl. Phys. Express Vol.4 051601(2011)
【Cooperation】Univ. of Tokyo/SHARP
量子ドット太陽電池の基盤技術を開発
次世代ナノエレクトロニクス研究部門
Advanced Nanoelectronics
Fundamental Technologies for Highly Efficient Quantum Dot Solar Cells
量子ドット太陽電池の変換効率は従来63%であ
ると信じられてきましたが、中間バンドを4つ
導入することで最大理論変換効率が75%になる
ことを初めて明らかにしました(図1)。また
MOCVD法を用いてエネルギー準位が制御され
た量子ドットを2種類作製し、よりエネルギー準
位の高い量子ドットを太陽電池(図2)に適用す
ることで課題とされてきた電圧劣化を抑制する
ことに成功しました(図3)。
【文献】Appl. Phys. Lett. Vol.98 171108(2011),
Appl. Phys. Lett. Vol.96 203507(2010)
【連携】東大・シャープ
Quantum dot solar cells (QDSCs) are
believed
to have the energy
conversion efficiency of 63%. We
have found that the maximum
theoretical efficiency of QDSC (4 IBs)
approaches 75%. We fabricated two
types of
quantum dots whose
energies are
well controlled by
MOCVD method. We succeed in the
suppress of the decrease in Voc
(open circuit voltage) by applying
QDs with higher quantum energy
level to the solar cell.
【Reference】Appl. Phys. Lett. Vol.98 171108 (2011),
Appl. Phys. Lett. Vol.96 203507 (2010)
【Cooperation】Univ. of Tokyo/SHARP
図1 中間バンド数が異なる太陽電
池の理論変換効率
(最大集光下)。
図 2 量 子ドット太 陽 電 池
(上)と構造の模式図(下)
1.5μm帯単一光子で最長の50km量子暗号鍵配付実験に成功
子源を開発(図1)。さらに、単一光子源に最適
化した低損失平面光回路(図2)との融合によ
り、単一光子方式で世界最長となる、50kmの量
子鍵配付実証実験に成功しました(図3)。
【文献】Appl. Phys. Express Vol.3 092802(2010)
【連携】東大・富士通研・NEC
We have developed high-quality
single-photon source (SPS) at 1.5-µm
wavelength using a single quantum
dot
with
a
horn-shaped
nanostructure. By integrating the
SPS to the stable quantum key
distribution (QKD) system based on
silica-based planar lightwave circuit,
we have successfully transmitted
secure keys over a 50km commercial
fiber, exceeding the previously
reported range for an SPS operating
below 1.3µm wavelength.
【Reference】Appl. Phys. Express Vol.3 092802
(2010)
【Cooperation】UT/Fujitsu Lab/NEC
図3 バルク太陽電池と量
子ドット太陽電池(2種類
の量子準位)のIV特性、及
びPLスペクトル(挿図)
ナノ量子情報エレクトロニクス研究部門
Nano Quantum Information Electronics
Quantum Key Distribution Using SPS at a World-Record Distance of 50km
量子鍵配付は量子力学の原理により安全性を保
証された究極の秘匿通信手段として期待されて
います。実現のキーデバイスとなるのが、光子
を一個ずつ規則正しく生成するための単一光子
源です。当部門はホーン型ナノ構造に埋め込ん
だ量子ドットを用いて高品質の1.5μm帯単一光
図2 有機CMOSリングオシレータ
Fig.2 Organic CMOS ring oscillator
Fig. 1 Quantum dot SPS
at 1.5-μm wavelength
Fig. 2 Silica-based planar
lightwave circuit
Fig. 3 Key rates for current QKD system and
previous 1.3-μm system (APL 91, 161103 (2007)).
シリコン量子ビット技術を開発
ナノ量子情報エレクトロニクス研究部門
Nano Quantum Information Electronics
Development of Silicon Quantum Bit Technologies
シリコン量子ビットの実現に向け、素子開発及び
スピン現象の物理解明に取り組んでいます。並列
結合シリコン2重量子ドットの電子輸送特性評価
を行うことで、電荷検出実験および少数電子状
態の実現に成功しました。また、制御性に優れた
直列結合2重量子ドットを作製し、明瞭な電荷安
定状態図を測定することができました。さらに電
子スピンの向きに依存する電気伝導特性(スピン
ブロッケード特性)を得ることに成功しました。
【文献】Appl. Phys. Lett. Vol.98 13, 133506
(2011), J. Appl. Phys. Vol.110, 054511(2011)
,
Jpn. J. Appl. Phys. Vol.50, 04DJ05(2011)
【連携】東大・日立製作所
We have developed silicon quantum
dot devices and studied spin-related
physics toward silicon quantum bits.
We succeed in charge detection
experiments and realize a fewelectron regime using silicon double
quantum dots coupled in parallel. We
observe
clear
charge
stability
diagrams and spin-related tunneling
characteristics (Pauli spin blockade)
using silicon double quantum dots
coupled in series.
【Reference】Appl. Phys. Lett. Vol.98 13, 133506
(2011), J. Appl. Phys. Vol.110, 054511 (2011),
Jpn. J. Appl. Phys. Vol.50, 04DJ05 (2011)
【Cooperation】Univ. of Tokyo/Hitachi
Fig.1 (a) Silicon double quantum dots coupled in parallel.
(b) Few-electron regime is observed. (c) Measured
charge stability diagram using silicon double quantum
dots coupled in series as shown in the inset.
四角格子ポテンシャル中においてd波ポラリトン凝縮体を観測
ナノ量子情報エレクトロニクス研究部門
Nano Quantum Information Electronics
Observation of the Dynamic d-Wave Condensation of Exciton Polaritons
レーザー励起により注入されたポラリトンは、
半導体を構成する原子の振動モード(フォノ
ン)との相互作用やポラリトン同士の散乱によ
り冷却されますが、周期ポテンシャルによるバ
ンドギャップが存在すると冷却が非効率的とな
り、励起状態に蓄積されます。今回、金属薄膜
により形成された 2次元正方格子ポテンシャル
下において、この励起状態におけるボーズアイ
ンシュタイン凝縮体を高解像度の実空間、運動
量空間分布測定により読み出し、d波凝縮体の
形成を初めて観測しました。
Exciton-polaritons injected by the
laser relax to the lower energy states
by the phonon scattering and
polariton-polariton scattering. If a
band gap due to the periodic
potential exists in the system, the
inter-band relaxation is suppressed.
We detected the formation of
dynamic d-wave condensation in
square lattice potentials created by
thin metal films through highly
resolved
polariton
distribution
measurements in the real and
momentum space.
【文献】Nature Physics Vol.7, 681(2011)
【連携】東大・スタンフォード大
【Reference】Nature Physics Vol.7, 681 (2011)
【Cooperation】Univ. of Tokyo/Stanford Univ.
(a) A photo of the device
surface. The period a is 2μm.
(b) The real space
distribution of d-wave
condensates with the
distribution of s-wave
condensates.
(c) The Brillouin zones of
square lattice.
(d) The momentum space
polariton distribution
indicating the condensation
at the M-points.
3次元フォトニック結晶ナノ共振器レーザ技術を開発
量子情報科学技術基盤研究部門
Quantum Science and Technology
3D Photonic Crystal Nanocavity Laser with Quantum Dot Gain
電子顕微鏡中で2次元プレートを積み上げ、3次
元微細構造を形成する独自作製技術を確立し、
3次元フォトニック結晶ナノ共振器の最高Q値
(38,500)を達成しました。さらにナノ共振器
部分に埋め込まれた半導体量子ドットの光学利
得を利用し、世界で初めて3次元フォトニック結
晶レーザの実現に成功しました。高品質3次元フ
ォトニック結晶技術は、光子と電子の究極的制
御を実現するために必要な構造であり、レーザ
などの低消費電力化や量子情報技術などへの応
用展開が期待できます。
We achieved the world-highest quality
factor (∼38,500) of three dimensional
(3D)
photonic
crystal
(PhC)
nanocavity by utilizing the uniquelydeveloped fabrication technology,
micromanipulation method. We also
demonstrated a 3D PhC nanocavity
laser with quantum dots gain for the
first time. High quality 3D PhCs are
essential structures for realizing
ultimate nanophotonic and quantum
information
devices
with
simultaneous control of electrons and
photons.
【文献】Nature Photonics Vol.5, 91(2011) 【東大】
【Reference】Nature Photonics Vol.5, 91 (2011)
【Univ. of Tokyo】
3D PhC Nanocavity Laser:Structure and Lasing Characteristics
2スピン量子ゲートで初めて量子もつれを制御:拡張性高い量子ビット
Control of Quantum Entanglement Between Two Electron Spin Qubits Using a Double QD
電子を閉じこめた半導体2重量子ドット上に微小
磁石を配置し、磁石が作る磁場下で電子スピン
に電気的振動を加え高周波磁場を発生させる、
全く新しい方法で、2個の電子スピンを独立な回
転操作を実現し、さらにドット間のスピン交換
操作と組み合わせて、2スピン量子もつれ(スピ
ン1重項状態)を制御、検出することに初めて成
功しました。この微小磁石法は数十個の量子ビ
ットまで拡張可能であり、今回の量子ゲートの
成功と併せて、量子計算に必要な量子論理演算
の実現へ道を開きました。
【文献】Phys. Rev. Lett. Vol.107, 146801(2011)
【東大】
We used a micro-magnet technique
to implement two individually
electron spin qubits with a double
quantum dot (QD).
This magnet technique can apply for
scaling up qubit systems. We further combined this spin
rotation with manipulation of interdot spin exchange coupling to first
demonstrate a two-qubit gate for
controlling spin entanglement. This
result
paves
the
way
for
implementing scalable quantum logic
gates in quantum computation.
【Ref.】Phys. Rev. Lett. Vol.107, 146801(2011)
【Univ. of Tokyo】
量子情報科学技術基盤研究部門
Quantum Science and Technology
Fig. Two-qubit gate of combined spin rotation and exchange coupling to control spin
entanglement
(a) Concept of spin rotation and spin exchange with a double quantum dot
(b) Rotation of each electron spin in a quantum dot
(c) Tow-qubit gate for controlling spin entanglement
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