量子暗号通信用半導体量子ドット光源の研究開発

量子暗号通信用半導体量子ドット光源の研究開発を行っています。

現在の通信は、「計算量的安全性」と言って解読できるけれどもそれには非現実的な時間が必要という、安全性の根拠としてはいささか頼りない基盤に立脚しています。私たちの通信は、将来高性能な計算機やアルゴリズムの登場により、個人・機密情報等を含む内容が一気に丸裸になるリスクに晒されている訳です。

一方、私は「未知の単一量子は複製できない」等、物理の基本原理によって絶対的な安全性が担保でき、どんなに技術が進んでも盗聴がされない究極的なセキュア通信の実現を目指して、半導体量子ドットによる量子光源の研究開発を行っています。

作製した半導体量子ドット試料を冷凍機で 4K (絶対 4 度) 程度まで冷却し、レーザー光を照射して光励起します。　

その後平衡状態に復帰する過程で得られる発光スペクトルや強度相関を測定し、データを記録しています。

特にスペクトル測定の場合には、実験パラメータを振りながら取得した一連のスペクトルデータセットに対して、一括して自動的にフィッティングを掛けてピーク位置、強度、半値幅情報を抽出し解析を行うことも可能で、様々な場面で IGOR Pro を活用しています。

IGOR Pro の用途は何ですか？

実験データ整理、解析、フィッティング、装置関数による畳み込み積分、シミュレーション (自作プログラムも使用) 、グラフ作成、行列計算、連立微分方程式の数値解といった、幅広い用途で使用しています。

IGOR Pro を使い始めたきっかけは？

隣の研究室の先生が使用していたのを見たのがきっかけで使うようになりました。やはり分光データの整理、解析に使っていました。マクロを作成しておられ、取得データの読み込みからフィッティングによる値抽出を経て、一瞬で学会でのプレゼンレベルの高品質のグラフ描画まで一括処理が出来るのを見て感動したのを覚えています。

IGOR Pro の使用感、良い点と悪い点は？

• データ整理、高度な解析、グラフ描画、プログラミングが一体となっていて、ほとんどの場合他のソフトウェアを使う必要がなく、非常に有効なツール。
• 操作履歴が残るので、同僚とデータをやりとりする際にもどのような処理を経て今の状態になっているかが一目瞭然で、誤解が生じにくい。
• 反面、その高機能さ故、最初はかなり敷居が高い。まずはメニューコマンドで各機能を確認しながら使い、履歴を見ながら少しずつコマンドを覚え、最終的にプログラムを組めるようになると一気に活用度が上がる。できれば若い時から始めるのが良いと思う。
• 複素数の扱いがやや面倒。
• サイトライセンスを使用しているが、英語版は Win, Mac 両方で使用可能なのに対し、日本語版は別々で少々やりにくい。
  （編集注：当インタビュー後、2017年6月に日本語版ライセンスのルールは変更となり、現在では英語版・日本語版ともに、Windows と Mac を同一ライセンスで使用できます。)

半導体量子ドットを用いて、量子暗号通信の高度化に欠かせないもつれ合い光子対、あるいはベルの不等式を破るような非局所光子対の発生を検証するためにIGOR Pro プログラムを用いて光子対状態のシミュレーションを実施。また、その時間発展を追うことによりドット内部でどのような物理過程が支配的に起こっているかを解析し、より優れた光源開発に役立てている。