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光と物質の複合量子系による長距離量子通信の研究

Research Project

Project/Area Number 14J04677
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Atomic/Molecular/Quantum electronics
Research InstitutionOsaka University

Principal Investigator

小林 俊輝  大阪大学, 基礎工学研究科, 特別研究員(DC1)

Project Period (FY) 2014-04-25 – 2017-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2016)
Budget Amount *help
¥2,800,000 (Direct Cost: ¥2,800,000)
Fiscal Year 2016: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2015: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2014: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Keywords量子エレクトロニクス
Outline of Annual Research Achievements

本研究では物質系を用いた量子メモリと量子波長変換を用い、光ファイバを経由した長距離量子通信を目指す。このため、Rb原子集団を用いた量子メモリから発生する光の量子状態を保持した通信波長帯への波長変換実験と、量子波長変換の性能評価を行う。昨年度に引き続き、今年度も当初の計画以上に進展し、以下の成果を得た。

1.昨年度実現したRb原子集団を用いた非古典光を利用し、Rb原子集団とエンタングルした光子の生成、通信波長帯への波長変換を行った。まず、Rb原子集団とエンタングルした光子の生成では、量子メモリの書き込み読み出し過程で発生する非古典的な相関を持ったアンチストークス光とストークス光をそれぞれ二つの光学経路で用意し、波長板と偏光ビームスプリッターを用いて経路を重ねることで偏光エンタングル状態を実現した。これに加えて、サニャック型干渉計の内部に量子波長変換器を配置することで偏光エンタングル状態を保持する量子波長変換を実現した。これらを組み合わせることで、最終的にRb原子集団とエンタングルした通信波長光子を実現し、光ファイバを経由した長距離量子通信の実現可能性が示された。
2.量子波長変換器を波長自由度のビームスプリッターとみなして光量子計算への応用の可能性を探るため、光量子回路として重要な役割を果たすマッハツェンダー干渉計の波長自由度での実証実験を行った。波長1580 nmのレーザー光に対して二段の波長変換を行うマッハツェンダー干渉計を用いることで明瞭度0.99の干渉が得られた。これによってより複雑な波長自由度での光量子回路の実現可能性が示された。
3.昨年度までの成果について、Rb原子集団を用いた非古典光の波長変換実験がOptica誌から出版された。

Research Progress Status

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(3 results)
  • 2016 Annual Research Report
  • 2015 Annual Research Report
  • 2014 Annual Research Report
  • Research Products

    (10 results)

All 2016 2015 2014

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 2 results,  Acknowledgement Compliant: 2 results) Presentation (8 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results)

  • [Journal Article] Heralded single excitation of atomic ensemble via solid-state-based telecom photon detection2016

    • Author(s)
      R. Ikuta, T. Kobayashi, K. Matsuki, S. Miki, T. Yamashita, H. Terai, T. Yamamoto, M. Koashi, T. Mukai, N. Imoto
    • Journal Title

      Optica

      Volume: 3 Issue: 11 Pages: 1279-1284

    • DOI

      10.1364/optica.3.001279

    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Frequency domain Hong-Ou-Mandel Interference2016

    • Author(s)
      Toshiki Kobayashi, Rikizo Ikuta, Shuto Yasui, Shigehito Miki, Taro Yamashita, Hirotaka Terai, Takashi Yamamoto, Masato Koashi and Nobuyuki Imoto
    • Journal Title

      Nature Photonics

      Volume: doi:10.1038/nphoton.2016.74 Issue: 7 Pages: 441-444

    • DOI

      10.1038/nphoton.2016.74

    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] 冷却Rb原子集団を用いた通信波長光子のアンチバンチングの観測2016

    • Author(s)
      小林 俊輝
    • Organizer
      第63回応用物理学会春季学術講演会
    • Place of Presentation
      東京工業大学 大岡山キャンパス
    • Year and Date
      2016-03-20
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] Wavelength conversion of non-classical light emitted from rubidium atoms to the telecom band2016

    • Author(s)
      Toshiki Kobayashi
    • Organizer
      第34 回量子情報技術研究会(QIT34)
    • Place of Presentation
      高知工科大学 永国寺キャンパス(高知県高知市)
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] Experimental demonstration of frequency-domain Hong-Ou-Mandel interference2016

    • Author(s)
      Toshiki Kobayashi
    • Organizer
      13th International Conference on Quantum Communication, Measurement, and Computing (QCMC 2016)
    • Place of Presentation
      Singapore (Singapore)
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Observation of frequency-domain Hong- Ou-Mandel interference2016

    • Author(s)
      Toshiki Kobayashi
    • Organizer
      16th Asian Quantum Information Science Conference (AQIS’16)
    • Place of Presentation
      Taipei (Taiwan)
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Observation of Hong-Ou-Mandel interference by using a frequency-domain beamsplitter2015

    • Author(s)
      Toshiki Kobayashi
    • Organizer
      CLEO/Europe-EQEC 2015
    • Place of Presentation
      International Congress Centre (ICM), Munich, Germany.
    • Year and Date
      2015-09-17
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 冷却Rb原子集団からの非古典光の通信波長帯への波長変換実験2015

    • Author(s)
      松木 賢一郎
    • Organizer
      日本物理学会2015年秋季大会
    • Place of Presentation
      関西大学 千里山キャンパス
    • Year and Date
      2015-09-17
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] Observation of frequency-domain Hong-Ou-Mandel interference by using a partial wavelength converter2015

    • Author(s)
      Toshiki Kobayashi
    • Organizer
      第32回量子情報技術研究会 (QIT32)
    • Place of Presentation
      大阪大学 豊中キャンパス
    • Year and Date
      2015-05-25
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] 波長自由度のビームスプリッターを用いた二光子干渉実験2014

    • Author(s)
      小林俊輝,安井崇人,生田力三,三木茂人,山下太郎,寺井弘高,藤原幹生,山本俊,小芦雅斗,佐々木雅英,王鎮,井元信之
    • Organizer
      日本物理学会第68回年次大会
    • Place of Presentation
      中部大学 春日井キャンパス
    • Year and Date
      2014-09-09
    • Related Report
      2014 Annual Research Report

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Published: 2015-01-22   Modified: 2024-03-26  

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