清華大、世界最亮の室温単一光子源を開発 5年以内の応用を見込む

（中央社 記者 許秩維 台北10日電）清華大学材料系の林皓武教授が率いる研究チームは、室温で動作する世界最速かつ最も明るい単一光子源を開発しました。毎秒23億個以上の光子を放出し、世界記録を更新。5年以内に量子暗号通信への応用が見込まれています。

林教授は、従来の半導体単一光子源は絶対零度近くの低温環境での動作が必要でしたが、ペロブスカイト量子ドットは室温で安定して発光するため、装置コストと応用のハードルを大幅に低減できると説明。チームが開発したデバイスの明るさは、既存の国際記録を10倍以上上回り、5年以内に量子暗号通信、5～10年以内に量子コンピューターの中核部品となることが期待されています。

清華大学は10日、量子技術は世界の技術地図を書き換える鍵となる技術とされ、各国が通信、計算、センシング分野で戦略的競争を繰り広げる中、台湾も近年、中核部品の自主開発に積極的に取り組んでいると発表しました。これらの応用はすべて、「1回に1つの光子だけを放出する」単一光子源に依存しています。

林教授は、この種の光源の明るさがデータ転送速度を直接決定し、明るいほど転送が速くなると説明。しかし、室温で高輝度、高速発光、安定した非点滅を同時に実現することは、世界の量子光電分野における最も困難な課題の一つでした。

清華大学の研究チームは、ペロブスカイト量子ドットと約100ナノメートルの銀ナノキューブを組み合わせ、「プラズモニックナノ共振器」を構築。光と物質の強い相互作用を実現しました。最大の難関は、この2つの材料が本来「水と油」の関係であったことです。銀ナノキューブはアルコールなどの高極性溶媒に浸す必要がありますが、従来のペロブスカイト量子ドットはこれらの溶媒に触れると溶解し、発光能力を失ってしまいます。

論文の第一著者である清華大学材料科学研究所の博士課程学生、廖子豪氏は、チームが特殊な「両性イオン」配位子で量子ドットを被覆し、あたかも「ナノレインコート」を着せたように、アルコールなどの極性溶媒による破壊から防御しつつ、量子ドットの95%という高い発光効率を維持することに成功したと述べています。

論文の共同著者である清華大学材料科学研究所の博士、荘詠棠氏は、量子ドットと共振器の結合によって生じる「パーセル効果」により、発光速度が435倍に大幅に向上し、発光寿命が12ピコ秒以下に短縮され、全体の発光強度は統合前と比較して250倍に増加したと述べています。（編集：黄名璽）1150610