カーボンナノチューブ量子光源を狙い通りにつくる~次世代量子通信技術の実用化に前進~

2025-08-28 理化学研究所

理化学研究所は、カーボンナノチューブに狙った数・位置・波長の量子欠陥を導入できる「決定論的単一分子修飾法」を開発しました。カーボンナノチューブは室温でも安定して通信波長帯(1200~1600nm)で単一光子を放出でき、量子通信に理想的ですが、欠陥の精密制御が課題でした。本手法により、欠陥の数を単一に限定し、位置をサブミクロン精度で制御し、発光波長も選択可能となり、設計通りの単一光子源を実現しました。この成果は、室温で動作する通信帯量子光源を自在に作製できることを意味し、次世代量子通信デバイスの実用化を大きく前進させます。成果は国際誌『Nano Letters』(2025年8月21日)に掲載されました。

カーボンナノチューブ量子光源を狙い通りにつくる~次世代量子通信技術の実用化に前進~
決定論的単一分子修飾法を用いた量子光源作製の模式図

<関連情報>

単層カーボンナノチューブ内における単一有機発色中心の決定論的形成 Deterministic Formation of Single Organic Color Centers in Single-Walled Carbon Nanotubes

Daichi Kozawa,Yuto Shiota,Mengyue Wang,and Yuichiro K. Kato
Nano Letters  Published August 21, 2025
DOI:https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.5c02378

Abstract

Quantum light sources using single-walled carbon nanotubes show promise for quantum technologies but face challenges in achieving precise control over color center formation. Here, we present a novel technique for deterministic creation of single organic color centers in carbon nanotubes using in situ photochemical reaction. By monitoring discrete intensity changes in photoluminescence spectra, we achieve precise control over the formation of individual color centers. Furthermore, our method allows for position-controlled formation of color centers as validated through photoluminescence imaging. We also demonstrate photon antibunching from a color center, confirming the quantum nature of the defects formed. This technique represents a significant step forward in the precise engineering of atomically defined quantum emitters in carbon nanotubes, facilitating their integration into advanced quantum photonic devices and systems.

0404情報通信
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