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Realization of quantum absorption imaging using pair annihilation of photons

Research Project

Project/Area Number 17H02936
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Research Field Atomic/Molecular/Quantum electronics
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

Okamoto Ryo  京都大学, 工学研究科, 准教授 (10435951)

Project Period (FY) 2017-04-01 – 2020-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2019)
Budget Amount *help
¥18,070,000 (Direct Cost: ¥13,900,000、Indirect Cost: ¥4,170,000)
Fiscal Year 2019: ¥4,940,000 (Direct Cost: ¥3,800,000、Indirect Cost: ¥1,140,000)
Fiscal Year 2018: ¥6,370,000 (Direct Cost: ¥4,900,000、Indirect Cost: ¥1,470,000)
Fiscal Year 2017: ¥6,760,000 (Direct Cost: ¥5,200,000、Indirect Cost: ¥1,560,000)
Keywords量子計測 / 量子情報 / 量子光学 / 量子エレクトロニクス / 量子測定
Outline of Final Research Achievements

In this study, first, we performed a theoretical analysis of our proposal. Our theoretical results show that our scheme surpasses the conventional quantum scheme under photon loss at the detection stage. We also propose a hybrid approach to cope with the case where the photon pair annihilation process is imperfect, and we show that the hybrid scheme always surpasses the conventional quantum scheme.
A quantum absorption measurement system was constructed to demonstrate our proposal. We found that introducing a small loss in one of the optical paths in the nonlinear interferometer increases the number of detected photon counts at the output. Then, we confirmed that the signal to noise ratio in the imaging process can be estimated from the change in the number of detected photon counts.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

今後、本研究成果をイメージング・分光技術として洗練させることで、吸収イメージング・分光計測における信号雑音比が飛躍的に向上することが期待できる。その結果、生体分子をはじめとする光毒性をもつ試料を破壊することなく高感度に測定できるようになると考えられる。例えば、様々な非蛍光分子の1分子光吸収イメージングが可能になると期待でき、生命科学分野に大きな影響を与えることが期待できる。さらに、本手法の条件を変えることで、可視域の検出器のみを用いた赤外領域の超高感度計測が可能になる。このような点から、本研究成果は、物理化学、生命科学から量子光学まで広範な研究領域に渡って、学術的・社会的な意義を持つと言える。

Report

(4 results)
  • 2019 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2018 Annual Research Report
  • 2017 Annual Research Report
  • Research Products

    (9 results)

All 2020 2019 2018 2017

All Presentation (9 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Invited: 4 results)

  • [Presentation] 位相シフト干渉法による透過率と 位相の同時測定の量子光学的な考察2020

    • Author(s)
      岡本 亮, 田原 樹, 遠藤 優
    • Organizer
      第9回QUATUO研究会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 光子を用いた量子計測技術2019

    • Author(s)
      岡本 亮
    • Organizer
      第4回JSAPフォトニクスワークショップ「光の新時代を切り拓く」
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 位相シフト干渉法への量子ゆらぎの影響の理論的な考察2019

    • Author(s)
      岡本 亮,田原 樹
    • Organizer
      Optics & Photonics Japan 2019
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 光子を用いた量子情報科学・技術2019

    • Author(s)
      岡本 亮
    • Organizer
      非エルミート系,及びその光学実験に関する研究会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Photonic quantum circuits for quantum measurement2018

    • Author(s)
      岡本 亮
    • Organizer
      Asia pacific laser symposium
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 微弱光ガウシアン量子イルミネーションの実現2018

    • Author(s)
      岡本 亮,竹内 繁樹
    • Organizer
      第79回 応用物理学会 秋季学術講演会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 量子的な光を用いた計測・イメージング技術 -極限的な微弱吸収検出に向けて-2018

    • Author(s)
      岡本 亮,冨上優太,竹内繁樹
    • Organizer
      光拠点シンポジウム
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] 光子対発生の破壊的量子干渉を用いた新規吸収計測法の検討2017

    • Author(s)
      冨上優太, 岡本亮, 竹内繁樹
    • Organizer
      日本物理学会2017年秋季大会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] 量子的な光を用いたイメージング技術2017

    • Author(s)
      岡本 亮
    • Organizer
      Optics & Photonics Japan 2017
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Invited

URL: 

Published: 2017-04-28   Modified: 2021-02-19  

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