量子プロセスにおける非古典的な相関の生成と制御

• 研究課題/領域番号: 24540427
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 原子・分子・量子エレクトロニクス
• 研究機関: 広島大学
• 研究代表者: HOFMANN Holger・F 広島大学, 先端物質科学研究科, 准教授 (90379909)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2015-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2014年度)
• 配分額: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円); 2014年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円); 2013年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円); 2012年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
• キーワード: 量子測定 / 量子相関 / 量子プロセス / 弱値 / 非可換物理量 / 複素結合確率 / Non-commutativity / Entanglement / Quantum processes / Quantum correlation / Weak values / Quantum measurement / 量子トモグラフィー / 量子複製

研究成果の概要

このプロジェクトでは、量子プロセスにおける非古典相関の制御や最適化の可能性について新しい量子統計的手法と実験によって研究した。その結果、非古典相関は弱測定や量子クローニング・量子制御測定などの関連する測定によって直接測定できることがわかった。典型的には、非古典相関は統計の虚数部として現れ、量子系がどれだけ変化に反応しているかを示している。非古典的統計は外力の効果を示しているため、量子プロセスの最適化に直接応用可能である。

研究成果

• [雑誌論文] Simultaneous suppression of time and energy uncertainties in a single-photon frequency-comb state (2014)
  • 著者名/発表者名: C. Ren and H. F. Hofmann
  • 雑誌名: Physical Review A 巻: 89 号: 5 ページ: 0538231-7
  • DOI: 10.1103/physreva.89.053823
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Sequential measurements of non-commuting observables with quantum controlled interactions (2014)
  • 著者名/発表者名: H. F. Hofmann
  • 雑誌名: New Journal of Physics 巻: 16 号: 6 ページ: 0630561-13
  • DOI: 10.1088/1367-2630/16/6/063056
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Derivation of quantum mechanics from a single fundamental modification of the relations between physical properties (2014)
  • 著者名/発表者名: H. F. Hofmann
  • 雑誌名: Physical Review A 巻: 89 号: 4 ページ: 0421151-13
  • DOI: 10.1103/physreva.89.042115
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] An investigation of the transfer dynamics of quantum teleportation by weak measurement statistics (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Hiroishi, H.F. Hofmann
  • 雑誌名: Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical 巻: 46 号: 24 ページ: 245302-245302
  • DOI: 10.1088/1751-8113/46/24/245302
  • 査読あり
• [雑誌論文] Direct observation of temporal coherence by weak projective measurements of photon arrival time (2013)
  • 著者名/発表者名: H.F. Hofmann, C. Ren
  • 雑誌名: Physical Review A 巻: 87 号: 6 ページ: 62109-62109
  • DOI: 10.1103/physreva.87.062109
  • 査読あり
• [雑誌論文] Quantum effects in the interaction of off-resonant coherent light with a single atom (2013)
  • 著者名/発表者名: A. Yamaguchi, H.F. Hofmann
  • 雑誌名: Physical Review A 巻: 88 号: 1 ページ: 13809-13809
  • DOI: 10.1103/physreva.88.013809
  • 査読あり
• [雑誌論文] Optimal multi-photon phase sensing with a single interference fringe (2013)
  • 著者名/発表者名: G. Y. Xiang, H. F. Hofmann, G. J. Pryde
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 3 号: 1 ページ: 2684-2684
  • DOI: 10.1038/srep02684
  • 査読あり
• [雑誌論文] Complex joint probabilities as expressions of reversible transformations in quantum mechanics (2012)
  • 著者名/発表者名: H. F. Hofmann
  • 雑誌名: New J. Phys 巻: no.043031 号: 4 ページ: 14-14
  • DOI: 10.1088/1367-2630/14/4/043031
  • 査読あり
• [雑誌論文] Clock synchronization using maximal multipartite entanglement (2012)
  • 著者名/発表者名: C. Ren, H. F. Hofmann
  • 雑誌名: Physical Review A 巻: 86 号: 1 ページ: 14301-14301
  • DOI: 10.1103/physreva.86.014301
• [雑誌論文] How weak values emerge in joint measurements on cloned quantum systems (2012)
  • 著者名/発表者名: H. F. Hofmann
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 109 号: 2 ページ: 20408-20408
  • DOI: 10.1103/physrevlett.109.020408
• [雑誌論文] Analysis of the time-energy entanglement of down-converted photon pairs by correlated single-photon interference (2012)
  • 著者名/発表者名: C. Ren, H. F. Hofmann
  • 雑誌名: Physical Review A 巻: 86 号: 4 ページ: 43823-43823
  • DOI: 10.1103/physreva.86.043823
• [雑誌論文] Violation of Leggett-Garg inequalities in quantum measurements with variable resolution and back-action (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Suzuki, M. Iinuma, H. F. Hofmann
  • 雑誌名: New Journal of Physics 巻: 14 号: 10 ページ: 103022-103022
  • DOI: 10.1088/1367-2630/14/10/103022
  • 査読あり
• [雑誌論文] Estimation of a quantum interaction parameter using weak measurements: Theory and experiment (2012)
  • 著者名/発表者名: H. F. Hofmann, M. E. Goggin, M. P. Almeida, M. Barbieri
  • 雑誌名: Physical Review A 巻: 86 号: 4 ページ: 40102-40102
  • DOI: 10.1103/physreva.86.040102
• [学会発表] How to uncover the physics of quantum correlations through combinations of weak and strong measurements (2015)
  • 著者名/発表者名: Holger F. Hofmann
  • 学会等名: International Workshop on Weak Value and Weak Measurement
  • 発表場所: Tokyo Institute of Technology, Tokyo, Japan
  • 年月日: 2015-03-19 – 2015-03-20
  • 招待講演
• [学会発表] From experimental evidence to quantum physics: what measurement reveals about the dynamical structure of reality (2015)
  • 著者名/発表者名: Holger F. Hofmann
  • 学会等名: Nagoya Winter Workshop 2015
  • 発表場所: Nogoya University, Nagoya, Japan
  • 年月日: 2015-03-09 – 2015-03-13
  • 招待講演
• [学会発表] Why complex probabilities make sense: New insights into the relations between weak measurements, paradoxical correlations, and causality in quantum systems (2014)
  • 著者名/発表者名: Holger F. Hofmann
  • 学会等名: AQIS 2014
  • 発表場所: Shirankaikan, Kyoto, Japan
  • 年月日: 2014-08-21 – 2014-08-24
  • 招待講演
• [学会発表] Analysis of Errors and Disturbance in Quantum Mesurements (2014)
  • 著者名/発表者名: Taiki Nii
  • 学会等名: CEWQO 2014
  • 発表場所: Palace of the Royal Academies, Bruxelles, Belgium
  • 年月日: 2014-06-23 – 2016-06-27
• [学会発表] How photons get from A to B: quantum measurements of motion (2014)
  • 著者名/発表者名: Holger F. Hofmann
  • 学会等名: CEWQO 2014
  • 発表場所: Palace of the Royal Academies, Bruxelles, Belgium
  • 年月日: 2014-06-23 – 2014-06-27
• [学会発表] Reconstruction of the complex joint probabilities for sequential measurements of photon polarization (2014)
  • 著者名/発表者名: Yutaro Suzuki
  • 学会等名: CEWQO 2014
  • 発表場所: Palace of the Royal Academies, Bruxelles, Belgium
  • 年月日: 2014-06-23 – 2014-06-27
• [学会発表] Characterization of measurement uncertainties using the correlations of local outcomes for maximally entangled pairs (2014)
  • 著者名/発表者名: Shota Kino
  • 学会等名: CEWQO 2014
  • 発表場所: Palace of the Royal Academies, Bruxelles, Belgium
  • 年月日: 2014-06-23 – 2014-06-27
• [学会発表] Experimental evaluation of measurement error and disturbance in a two-level system (2014)
  • 著者名/発表者名: Masataka Iinuma
  • 学会等名: CEWQO 2014
  • 発表場所: Palace of the Royal Academies, Bruxelles, Belgium
  • 年月日: 2014-06-23 – 2014-06-27
• [学会発表] Negative probabilities as deterministic relations between observable properties (2014)
  • 著者名/発表者名: Holger F. Hofmann
  • 学会等名: Quantum [Un]Speakables 2
  • 発表場所: University of Vienna, Vienna, Austria
  • 年月日: 2014-06-19 – 2014-06-22
• [学会発表] Experimental reconstruction of complex joint probabilities for arbitrary photon polarization via sequential measurements of non-commuting observables (2014)
  • 著者名/発表者名: Yutaro Suzuki
  • 学会等名: Quantum [Un]Speakables 2
  • 発表場所: University of Vienna, Vienna, Austria
  • 年月日: 2014-06-19 – 2014-06-22
• [学会発表] Experimental evaluation of error and disturbance of Ozawa's inequality in two level systems (2014)
  • 著者名/発表者名: Masataka Iinuma
  • 学会等名: Quantum [Un]Speakables 2
  • 発表場所: University of Vienna, Vienna, Austria
  • 年月日: 2014-06-19 – 2014-06-22
• [学会発表] 量子測定における誤差と擾乱の統計 (2014)
  • 著者名/発表者名: 新居 大記
  • 学会等名: QIT 30
  • 発表場所: 名古屋大学
  • 年月日: 2014-05-12 – 2014-05-13
• [学会発表] The quantum laws of physics - a new description of dynamics and causality (2014)
  • 著者名/発表者名: Holger F. Hofmann
  • 学会等名: QIT 30
  • 発表場所: 名古屋大学
  • 年月日: 2014-05-12 – 2014-05-13
• [学会発表] The law of quantum ergodicity: complex probabilities as fundamental physics (2014)
  • 著者名/発表者名: Holger F. Hofmann
  • 学会等名: QMKEK 5
  • 発表場所: KEK, Tsukuba
  • 招待講演
• [学会発表] 偏光の連続測定による複素結合確率分布の再構築 (2014)
  • 著者名/発表者名: Yutaro Suzuki, Masataka Iinuma, Ryuji Kinoshita, Holger F. Hofmann
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: Tokai University, Hiratsuka
• [学会発表] 二準位系でのOzawa不等式の誤差と擾乱 (2014)
  • 著者名/発表者名: Masataka Iinuma, Yutaro Suzuki, Ryuji Kinoshita, Holger F. Hofmann
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: Tokai University, Hiratsuka
• [学会発表] Weak valued statistics as fundamental explanation of quantum physics (2013)
  • 著者名/発表者名: Holger F. Hofmann
  • 学会等名: QIT28
  • 発表場所: 北海道大学
• [学会発表] Quantum properties of a coherent single-photon frequecncy comb (2013)
  • 著者名/発表者名: Changliang Ren、 Holger F. Hofmann
  • 学会等名: QIT28
  • 発表場所: 北海道大学
• [学会発表] Quantum evidence in classical data: How recent experiments in optics inspire a new look at fundamental physics (2013)
  • 著者名/発表者名: Holger F. Hofmann
  • 学会等名: CQO-X/QIM-2
  • 発表場所: Rochester University, Rochester, USA
  • 招待講演
• [学会発表] Measuring time-energy entanglement at ultrashort timescales (2013)
  • 著者名/発表者名: Changliang Ren, Holger F. Hofmann
  • 学会等名: CSICQM
  • 発表場所: CAS, Beijing, China
• [学会発表] Weak measurement charateristics of entanglement (2013)
  • 著者名/発表者名: Holger F. Hofmann
  • 学会等名: QIPC 2013
  • 発表場所: Florence University, Florence, Italy
• [学会発表] A closer look at photons: how to map the quantum statistics of energy and time (2013)
  • 著者名/発表者名: Holger F. Hofmann, Changliang Ren
  • 学会等名: NSTEP
  • 発表場所: Osaka University
  • 招待講演
• [学会発表] Measurement of time-energy entanglement by frequency comb states (2013)
  • 著者名/発表者名: Changliang Ren, Holger F. Hofmann
  • 学会等名: NSTEP
  • 発表場所: Osaka University
• [学会発表] Joint quantum statistics with negative probability observed in a sequential measurement of photon polarization (2013)
  • 著者名/発表者名: Yutaro Suzuki, Masataka Iinuma, Holger F. Hofmann
  • 学会等名: NSTEP
  • 発表場所: Osaka University
• [学会発表] Investigation for experimental verification of complex joint probabilities for photon polarization (2013)
  • 著者名/発表者名: Masataka Iinuma, Yutaro Suzuki, Ryuji Kinoshita, Holger F. Hofmann
  • 学会等名: NSTEP
  • 発表場所: Osaka University
• [学会発表] Fundamental laws for quantum physics: How inequality violations originate from weak value statistics (2013)
  • 著者名/発表者名: Holger F. Hofmann
  • 学会等名: CIQIC
  • 発表場所: University of Toronto, Toronto, Canada
• [学会発表] Fundamental laws of quantum physics: On the meaning of weak measurement statistics (2013)
  • 著者名/発表者名: Holger F. Hofmann
  • 学会等名: IMS workshop on quantum optics and quantum information
  • 発表場所: IMS, Higashi Okazaki
  • 招待講演
• [学会発表] 二準位系でのOzawa不等式の誤差と擾乱の実験的評価 (2013)
  • 著者名/発表者名: Masataka Iinuma, Yutaro Suzuki, Ryuji Kinoshita, Holger F. Hofmann
  • 学会等名: QIT29
  • 発表場所: Waseda University, Tokyo
• [学会発表] 偏光の連続測定で得られる複素結合確率の実験的検証 (2013)
  • 著者名/発表者名: Yutaro Suzuki, Masataka Iinuma, Ryuji Kinoshita, Holger F. Hofmann
  • 学会等名: QIT29
  • 発表場所: Waseda University, Tokyo
• [学会発表] Weak valued statistics and physical reality in quantum mechanics (2013)
  • 著者名/発表者名: Holger F. Hofmann
  • 学会等名: APCWQIS
  • 発表場所: Korean Institute of Advanced Study, Seoul, South Korea
  • 招待講演
• [学会発表] Complex probabilities as fundamental physics: how Hilbert space unifies dynamics and statistics (invited) (2013)
  • 著者名/発表者名: Holger F. Hofmann
  • 学会等名: Nagoya Winter Workshop
  • 発表場所: 名古屋大学
• [学会発表] Sagnac 干渉計を用いた偏光の弱測定 (2013)
  • 著者名/発表者名: Tomonori Okazaki, masataka Iinuma, Yutaro Suzuki, Akira Shahana, Holger F. Hofmann
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 広島大学
• [学会発表] Weak measurements and quasi-realities: explaining the paradoxical statistics (invited) (2012)
  • 著者名/発表者名: Holger F. Hofmann
  • 学会等名: Workshop on Weak Measurement
  • 発表場所: 東京工業大学
• [学会発表] Measurement uncertainties in the quantum formalism: quasi-realities of individual systems (2012)
  • 著者名/発表者名: Holger F. Hofmann
  • 学会等名: QIT 26
  • 発表場所: 福井大学
• [学会発表] 弱測定統計を用いた量子テレポーテーションの解析 (2012)
  • 著者名/発表者名: Masanori Hiroishi, Holger F. Hofmann
  • 学会等名: QIT 26
  • 発表場所: 福井大学
• [学会発表] Multiparty clock synchronization with GHZ states (2012)
  • 著者名/発表者名: Changliang Ren, Holger F. Hofmann
  • 学会等名: QIT 26
  • 発表場所: 福井大学
• [学会発表] Evaluation of joint probabilities for non-commuting observables from correlations between quantum clones (2012)
  • 著者名/発表者名: Holger F. Hofmann
  • 学会等名: DAMOP
  • 発表場所: Hyatt Regency, Anaheim, California,USA
• [学会発表] Estimation of a quantum interaction parameter using weak quantum measurement (2012)
  • 著者名/発表者名: Michael Goggin, Holger F. Hofmann, Marcelo Almeida, Marco Barbieri
  • 学会等名: DAMOP
  • 発表場所: Hyatt Regency, Anaheim, California,USA
• [学会発表] What the complex joint probabilities observed in weak measurements can tell us about quantum physics (2012)
  • 著者名/発表者名: Holger F. Hofmann
  • 学会等名: QCMC
  • 発表場所: Vienna Technical University, Vienna, Austria
• [学会発表] Optimal cloning as a universal quantum measurement: resolution, back-action, and joint probabilities (2012)
  • 著者名/発表者名: Holger F. Hofmann
  • 学会等名: QCMC
  • 発表場所: Vienna Technical University, Vienna, Austria
• [学会発表] Experimental demonstration of Leggett-Garg inequality violations by measurement with high resolution and back-action (2012)
  • 著者名/発表者名: Yutaro Suzuki, Masataka Iinuma, Holger F. Hofmann
  • 学会等名: QCMC
  • 発表場所: Vienna Technical University, Vienna, Austria
• [学会発表] Weak measurement statistics of correlations between input and output in quantum teleportation (2012)
  • 著者名/発表者名: Masanori Hiroishi, Holger F. Hofmann
  • 学会等名: QCMC
  • 発表場所: Vienna Technical University, Vienna, Austria
• [学会発表] How to make optimal use of maximal multipartite entanglement in clock synchronization (2012)
  • 著者名/発表者名: Changliang Ren, Holger F. Hofmann
  • 学会等名: QCMC
  • 発表場所: Vienna Technical University, Vienna, Austria
• [学会発表] Experimental observation of paradoxical correlations in sequential measurements of photon polarization (2012)
  • 著者名/発表者名: Masataka Iinuma, Yutaro Suzuki, Holger F. Hofmann
  • 学会等名: AQIS
  • 発表場所: Suzhou, China
• [学会発表] Analysis of time-energy entanglement by correlated single photon interference (2012)
  • 著者名/発表者名: Changliang Ren, Holger F. Hofmann
  • 学会等名: AQIS
  • 発表場所: Suzhou, China
• [学会発表] 偏光の連続測定による結合確率分布の導出 (2012)
  • 著者名/発表者名: Masataka Iinuma, Yutaro Suzuki, Holger F. Hofmann
  • 学会等名: 量子論における統計的推測の理論と応用
  • 発表場所: 京都大学
• [学会発表] 偏光の連続測定にみる測定の不確定性がない結合量子統計 (2012)
  • 著者名/発表者名: Yutaro Suzuki, Masataka Iinuma, Holger F. Hofmann
  • 学会等名: QIT 27
  • 発表場所: 慶應義塾