半導体ナノワイヤーにおける単一励起子のアバランシェ増幅

単一光子と電子を相互作用させることは、離れた固体キュービット間で量子情報を共有するうえで非常に重要な要素である。半導体ナノワイヤーには、光量子ドットとアバランシェ・フォトダイオードを組み合わせる特異な可能性があるので、入射単一光子を巨視的電流に変換して効率のよい電気的検出が可能になる。今のところ、励起子キュービット状態の電気的読み出しを行うのに、何百万もの励起事象が必要である。今回我々は、ナノワイヤー・アバランシェ・フォトダイオードへのトンネリング後に、量子ドットで発生した励起子1つだけから、キャリアが増倍されることを実証している。電子と正孔の両方の増幅が大きい（>10⁴）ので、量子ドットで発生した励起子1つの電気的検出に必要な励起事象数が4桁減る。本研究は、電気的な単事象読み出しの実現に向けての重要な一歩であり、オンチップ量子情報回路に新しい機能をもたらすものである。