早瀬研究室では、光と半導体の量子力学的性質を自由自在に制御する新しい概念や実験手法の開拓と、その可能性を最大限に利用した次世代の情報通信技術について、研究を行っています。

Q."光とか半導体の持つ、まぁ量子力学的性質というのを最大限活用して、それをいかに活用していくのかということを研究しています。
で、そのキーワードとなるのが半導体、ナノ構造と言われている半導体量子ドットというものと、超高速非線形分光技術というものです。その二つを用いて、光と半導体の量子力学的性質を自在に操ってその可能性を最大限活用するような応用を見いだしていこうという研究を行っています。"

現在の情報通信は、伝送を担う光と、処理や保存を担う半導体との間で情報をやりとりすることによって成り立っています。
しかし、光や半導体のごく一部しか利用していない現在の情報通信技術では、限界が見え始めています。早瀬研究室では半導体をナノスケールで加工した半導体量子ドットを自由自在に使う事で、この問題の打開を目指しています。

Q."半導体量子ドットというの、半導体は非常に小さな粒ですね。大きさでいうと1億メートル分の一という非常に小さなものに加工した半導体をいいます。で、そういう小さな粒に加工するとどういうところが面白いかというと、そこに閉じ込められた電子の運動を非常によく制御できるという所ですね。例えば自由に転がっているボールがあるとして、そこにたくさんの落とし穴を作っておけば、そのボールの運動が制限されて、運動を制御できる。そういう量子ドットを使って、一つ一つの電子を制御しようとういうのが我々の研究です。"

また、量子ドットには、光との相互作用が強く、光によって超高速に制御できるという特徴があります。そのような超高速性を活かすために、早瀬研究室では超短パルスレーザーを用いた超高速非線形分光技術を用いています。

Q."超短パルスレーザーを用いると、非常にある一瞬だけに光のエネルギーを集中させることができます。そうすると非常に光の強度の強いレーザーを作る事ができます。
そういうレーザーを使うと、今までには見えない非線形な現象が見えるようになります。たとえば赤い光が青になったりとか、そういう非常に変わった事が起きます。
で、そういう短いパルスを用いると例えば半導体量子ドットの中の量子力学的な現象を超高速に観測したり、あるいは制御できたりする。ということですね。"

このような量子情報技術が実用されれば、従来のコンピューターでは何千年もかかるような計算を一瞬で行う、あるいは遠く離れた情報を瞬時に移動するといったような情報通信を可能にし、大容量の情報をより高速かつ安全に、省エネルギーに送る事ができます。

Q."半導体量子ドットというのは非常に有望な物質で、半導体のいいところと、あるいはその、量子ドットは人口原子とも言われているんですけれども、その原子のいいところを二つ併せ持ったような材料なんです。なので、私は量子情報とかそういうことを念頭において応用してますけれども、多分その応用のは幅というのはもっとどんどん広がっていくものだと考えられます。"