量子情報処理に向けた２次元クラスター状態の生成及び時間領域量子計算の実現

• Project/Area Number: 18J21684
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Atomic/Molecular/Quantum electronics
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: ASAVANANT WARIT 東京大学, 工学系研究科, 特別研究員(DC1)
• Project Period (FY): 2018-04-25 – 2021-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥2,200,000 (Direct Cost: ¥2,200,000); Fiscal Year 2020: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000); Fiscal Year 2019: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000); Fiscal Year 2018: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
• Keywords: 量子情報処理 / 量子光学 / 一方向量子計算 / 量子エンタングルメント / 連続量量子計算

Outline of Annual Research Achievements

本研究は量子コンピューターの実現に向けて光の特性及び時間領域手法による実現を模索するとして「量子情報処理に向けた２次元クラスター状態の生成及び時間領域量子計算の実現」をテーマに研究を行った。
前年度の成果として、本研究の手法の中で最重要な量子的なリソースである「2次元クラスター状態」を論文【W. Asavanant et al., Science 366, 373 (2019).】にしたうえで、時間領域クラスター状態を実際に利用する原理実証実験も行った。
今年度ではまずはその時間領域クラスター状態を利用した実験の成果を論文にまとめて投稿しているとともに国際学会にて共同研究者が発表を行った。また本研究は今年度で最終年度となるが、次のステップに向けて、時間領域手法をさらに応用を拡張し、本研究で獲得したユニバーサルリソースを誤り訂正可能なユニバーサルリソースに昇格する「3次元クラスター状態」の生成理論を論文にした【K. Fukui, W. Asavanant, A. Furusawa, Phys. Rev. A 102, 032614 (2020).】。またもう一つの成果としては原理実証実験から脱却しもっと現実的なデバイスに近づくために自由空間の光学系ではなくファイバー系を使ったコンパクトなクラスター状態生成系の研究も始めた。
これらの成果によって現在の主流の量子コンピューターの研究と一線を画し、光を使った時間領域多重の長期的な将来性及びその実用性を示すことができ、且つ最終的なゴールである誤り訂正可能ユニバーサル量子計算の実現への新たな道を開拓することに成功したといっても過言ではない。

Research Progress Status

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Temporal-mode continuous-variable three-dimensional cluster state for topologically protected measurement-based quantum computation (2020)
  • Author(s): Fukui Kosuke、Asavanant Warit、Furusawa Akira
  • Journal Title: Physical Review A Volume: 102 Issue: 3 Pages: 032614-032614
  • DOI: 10.1103/physreva.102.032614
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Generation of time-domain-multiplexed two-dimensional cluster state (2019)
  • Author(s): Asavanant Warit、Shiozawa Yu、Yokoyama Shota、Charoensombutamon Baramee、Emura Hiroki、Alexander Rafael N.、Takeda Shuntaro、Yoshikawa Jun-ichi、Menicucci Nicolas C.、Yonezawa Hidehiro、Furusawa Akira
  • Journal Title: Science Volume: 366 Issue: 6463 Pages: 373-376
  • DOI: 10.1126/science.aay2645
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Optical quantum information processing and storage (2018)
  • Author(s): Jun-ichi Yoshikawa, Yosuke Hashimoto, Hisashi Ogawa, Takahiro Serikawa, Yu Shiozawa, Masanori Okada, Warit Asavanant, Atsushi Sakaguchi, Naoto Takanashi, Fumiya Okamoto, Kan Takase, Masaya Kobayashi, Shota Yokoyama, Shuntaro Takeda, Peter van Loock, Akira Furusawa
  • Journal Title: SPIE Proceedings Volume: 10771 Pages: 1-9
  • DOI: 10.1117/12.2320476
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] One-mode quantum operations multiplexed in time domain (2020)
  • Author(s): Baramee Charoensombutamon, Warit Asavanant, Tomohiro Nakamura, Takeru Ebihara, Shota Yokoyama, Rafael N. Alexander, Nicolas C. Menicucci, Mamoru Endo, Jun-ichi Yoshikawa, Hidehiro Yonezawa, Akira Furusawa
  • Organizer: 日本物理学会
• [Presentation] 大規模クラスター状態の生成に向けたファイバーベース光学系による 1545 nm 帯の量子もつれの生成 (2020)
  • Author(s): 中村 智裕, アサバナント ワリット, シャロンソンバトアモン バラミー, 園山 樹, 柏崎 貴大, 梅木 毅伺, 遠藤 護, 吉川 純一, 古澤 明
  • Organizer: 日本物理学会
• [Presentation] Continuous-variable Quantum Teleportation of States Multiplexed in Time Domain (2020)
  • Author(s): B. Charoensomutamon, W. Asavanant, T. Nakamura, T. Ebihara, S. Yokoyama, R. Alexander, N. Menicucci, M. Endo, J. Yoshikawa, H. Yonezawa, and A. Furusawa
  • Organizer: CLEO 2020
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Time-Domain Multiplexed Two-Dimensional Cluster State for Large-Scale Universal Multi-Input One-Way Quantum Computation (2019)
  • Author(s): W. Asavanant, Y. Shiozawa, B. Charoensombutamon, H. Emura, S. Yokoyama, R. N. Alexander, N. C. Menicucci, S. Takeda, J. Yoshikawa, H. Yonezawa, and Akira Furusawa
  • Organizer: CLEO/Europe-EQEC 2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 時間領域クラスター状態を用いた 一方向量子計算に向けた研究 (2019)
  • Author(s): 中村 智裕, シャロンソンバトアモン バラミー, アサバナント ワリット, 吉川 純一, 古澤 明
  • Organizer: 日本物理学会
• [Presentation] Universal Quantum Computing Platform with time-domain multiplexed two-dimensional cluster states (2019)
  • Author(s): W. Asavanant, Y. Shiozawa, S. Yokoyama, B. Charoensombutamon, H. Emura, R. N. Alexander, S. Takeda, J. Yoshikawa, N. C. Menicucci, H. Yonezawa, and A. Furusawa
  • Organizer: 1st Quantum Science, Engineering, and Technology Conference
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 多入出力量子計算のための時間領域2次元拡張EPR状態の生成 (2018)
  • Author(s): シャロンソンバトアモン バラミー, 塩沢 優, アサバナント ワリット, 横山翔竜, Rafael N. Alexander, Nicolas C. Menicucci, 吉川純一, 米澤英宏, 古澤 明
  • Organizer: 日本物理学会