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Development of a remote fiber link system between quantum devices

Research Project

Project/Area Number 20H02652
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Review Section Basic Section 30020:Optical engineering and photon science-related
Research InstitutionYokohama National University

Principal Investigator

Horikiri Tomoyuki  横浜国立大学, 大学院工学研究院, 准教授 (40530275)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 洪 鋒雷  横浜国立大学, 大学院工学研究院, 教授 (10260217)
中村 一平  東京大学, 大学院総合文化研究科, 特任助教 (10758949)
吉井 一倫  徳島大学, ポストLEDフォトニクス研究所, 特任准教授 (90582627)
Project Period (FY) 2020-04-01 – 2023-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥17,940,000 (Direct Cost: ¥13,800,000、Indirect Cost: ¥4,140,000)
Fiscal Year 2022: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
Fiscal Year 2021: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
Fiscal Year 2020: ¥9,880,000 (Direct Cost: ¥7,600,000、Indirect Cost: ¥2,280,000)
Keywords量子通信 / 量子中継 / 量子メモリ / 量子インターネット / 周波数安定化 / 光コム / 量子もつれ / 量子情報 / 量子ネットワーク
Outline of Research at the Start

本研究では、量子ネットワーク構築に必須の「光-物質量子デバイス間遠隔通信技術」を開発する。量子ネットワーク構築は「量子コンピュ-タのクラウド化・分散化」「光時計の高精度化」「量子暗号を使った完全なセキュリティ」などを達成する基盤技術である。しかし任意距離を結ぶネットワーク化には至っていない。長距離化には中継技術を構成する要素技術(量子光源、量子メモリー、周波数安定化技術など)が必要であるため、それらの開発および組合わせによる遠隔ファイバーリンクを本研究において開発する。
この開発技術をグローバル量子ネットワークの基礎技術に発展させることが目標である。

Outline of Final Research Achievements

In this study, we have studied on a link of remote quantum devices for the development of quantum repeater technology that contributes to long-distance quantum communication. In particular, we have succeeded in constructing a system in which a quantum entangled photon source and a rare-earth doped Pr:YSO quantum memory are each frequency-stabilized and connected via wavelength conversion after 10 km optical fiber transmission.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究技術は量子中継の実装につながる可能性があり、その実装を通じて量子コンピュータ同士の量子通信を介した接続や、安全な通信を任意の2地点間で可能にすると期待できる。

Report

(4 results)
  • 2022 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2021 Annual Research Report
  • 2020 Annual Research Report
  • Research Products

    (28 results)

All 2023 2022 2021 2020 Other

All Journal Article (8 results) (of which Peer Reviewed: 8 results,  Open Access: 3 results) Presentation (19 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Invited: 1 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Sagnac interferometer-type non-degenerate polarization entangled two-photon source with Fresnel rhomb2023

    • Author(s)
      NAOTO AIZAWA, KAZUYA NIIZEKI, AND TOMOYUKI HORIKIRI
    • Journal Title

      Applied Optics

      Volume: 62 Issue: 9 Pages: 2273-2277

    • DOI

      10.1364/ao.484456

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      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Frequency-multiplexed Hong-Ou-Mandel interference2023

    • Author(s)
      Ichihara Mayuka, Yoshida Daisuke, Hong Feng-Lei, Horikiri Tomoyuki
    • Journal Title

      Physical Review A

      Volume: 107 Issue: 3

    • DOI

      10.1103/physreva.107.032608

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      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Frequency-multiplexed storage and distribution of narrowband telecom photon pairs over a 10-km fiber link with long-term system stability2023

    • Author(s)
      Ko Ito, Takeshi Kondo, Kyoko Mannami, Kazuya Niizeki, Daisuke Yoshida, Kohei Minaguchi, Mingyang Zheng, Xiuping Xie, Feng-Lei Hong, and Tomoyuki Horikiri
    • Journal Title

      Physical Review Applied

      Volume: 19 Issue: 2

    • DOI

      10.1103/physrevapplied.19.024070

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Single-shot high-resolution identification of discrete frequency modes of single-photon-level optical pulses2022

    • Author(s)
      Daisuke Yoshida, Mayuka Ichihara, Takeshi Kondo, Feng-Lei Hong,and Tomoyuki Horikiri
    • Journal Title

      Physical Review A

      Volume: 106 Issue: 5

    • DOI

      10.1103/physreva.106.052602

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      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Transfer of linewidth and frequency stability from an iodine-stabilized Nd:YAG laser to a quantum memory control laser through an optical frequency comb2022

    • Author(s)
      Takeshi Kondo, Seiho Shindo, Daisuke Yoshida, Yuma Goji, Mikitaka Nishihara,Taiki Aizawa, Feng-Lei Hong, and Tomoyuki Horikiri
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: 61 Issue: 8 Pages: 088003-088003

    • DOI

      10.35848/1347-4065/ac7f6f

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      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Cavity-enhanced two-photon source emitting narrow-linewidth telecommunication wavelength photons for improved quantum-memory-coupling efficiency enabling long-distance quantum communications2022

    • Author(s)
      Ryo Onozawa, Daisuke Yoshida, Kazuya Niizeki, and Tomoyuki Horikiri
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: 61 Issue: 10 Pages: 102008-102008

    • DOI

      10.35848/1347-4065/ac895b

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      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Coupling of a quantum memory and telecommunication wavelength photons for high-rate entanglement distribution in quantum repeaters2021

    • Author(s)
      Mannami Kyoko、Kondo Takeshi、Tsuno Tomoki、Miyashita Takuto、Yoshida Daisuke、Ito Ko、Niizeki Kazuya、Nakamura Ippei、Hong Feng-Lei、Horikiri Tomoyuki
    • Journal Title

      Optics Express

      Volume: 29 Issue: 25 Pages: 41522-41533

    • DOI

      10.1364/oe.442876

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    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Offset-locking-based frequency stabilization of external cavity diode lasers for long-distance quantum communication2021

    • Author(s)
      Miyashita Takuto、Kondo Takeshi、Ikeda Kohei、Yoshii Kazumichi、Hong Feng-Lei、Horikiri Tomoyuki
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: 60 Issue: 12 Pages: 122001-122001

    • DOI

      10.35848/1347-4065/ac2e67

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      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] Coupling of a frequency-multiplexed two-photon source and a quantum memory for long-distance quantum communication2022

    • Author(s)
      Tomoyuki Horikiri
    • Organizer
      ALPS2022
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      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 非縮退狭線幅量子もつれ光子源の開発に向けたレーザーシステムの構築2022

    • Author(s)
      佐々木陸,相澤太希,吉田大輔,都野智暉,堀切智之,洪鋒雷,赤松大輔
    • Organizer
      日本物理学会2022年秋季大会 [物性]
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  • [Presentation] 長距離量子通信に向けた電気光学変調器型光コムの開発2022

    • Author(s)
      進藤成豊,近藤健史,相澤太希,西原幹恭,吉木真由子,洪鋒雷,堀切智之
    • Organizer
      日本物理学会2022年秋季大会 [物性]
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      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 波長多重量子中継に向けた希土類添加物質によるフォトンエコーの干渉2022

    • Author(s)
      市原万友佳, 吉田大輔, 洪鋒雷, 堀切智之
    • Organizer
      日本物理学会2022年秋季大会 [物性]
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      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 希土類イオン添加結晶を用いた量子メモリにおける任意時間読み出し機構の開発2022

    • Author(s)
      増子泰平,水口皓平,洪鋒雷,堀切智之
    • Organizer
      日本物理学会2022年秋季大会 [物性]
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      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 量子中継器開発へ向けた通信波長光子源と可視光量子メモリの接続2022

    • Author(s)
      伊藤 洸、近藤 健史、万浪 香子、新関 和哉、吉田 大輔、水口 晧平、 Mingyang Zheng , Xiuping Xie , 洪 鋒雷、堀切 智之
    • Organizer
      日本物理学会第77回年次大会
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      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 希土類イオン添加物結晶を用いた選択的 population transfer2021

    • Author(s)
      水口 皓平、万浪 香子、増子 泰平、中村 一平、洪 鋒雷、堀切 智之
    • Organizer
      第82回応用物理学会秋季学術講演会
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      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 長距離量子通信における周波数安定化のための光周波数コムの開発2021

    • Author(s)
      進藤 成豊、近藤 健史、洪 鋒雷、堀切 智之
    • Organizer
      第82回応用物理学会秋季学術講演会
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  • [Presentation] 原子周波数コム量子メモリを用いた測定器無依存型量子鍵配送(MDI-QKD)の配送レート改善2021

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      水谷 宥介, 堀切 智之
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      日本物理学会2021年秋季大会
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  • [Presentation] 量子メモリ結合へ向けた和周波発生波長変換光を用いた周波数制御2021

    • Author(s)
      近藤 健史, 伊藤 洸, 万浪 香子, 進藤 成豊, 新関 和哉, 郷治 佑真, 洪 鋒雷, 堀切 智之
    • Organizer
      日本物理学会2021年秋季大会
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      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 量子メモリ結合へ向けた和周波発生波長変換光子の信号雑音比の向上2021

    • Author(s)
      伊藤 洸, 近藤 健史, 万浪 香子, 新関 和哉, 水口 皓平, 洪 鋒雷, 堀切 智之
    • Organizer
      日本物理学会2021年秋季大会
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      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 量子通信に向けたタイムビン干渉計の安定化2021

    • Author(s)
      相澤 直人, 新関 和哉, 堀切 智之, 倉見谷 航洋, 洪 鋒雷
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      日本物理学会2021年秋季大会
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      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 原子周波数コム型量子メモリの高性能化に向けた補助光共振器によるレーザー線幅狭窄化2021

    • Author(s)
      中村一平, 池田幸平, 洪 鋒雷, 堀切智之
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      日本物理学会 第76回年次大会
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  • [Presentation] 長距離量子通信に向けた2光子源のスペクトル制御と波長変換2021

    • Author(s)
      新関和哉, 吉田大輔, 伊藤洸, 中村一平, 武井宣幸, 岡村幸太郎, Mingyang Zheng , Xiuping Xie , 堀切智之
    • Organizer
      日本物理学会 第76回年次大会
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      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 希土類イオン添加結晶を用いた微弱光パルスのシングルショット分光2021

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      吉田大輔,都野智暉,万浪香子,中村一平,洪鋒雷,堀切智之
    • Organizer
      第68回 応用物理学会春季学術講演会
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  • [Presentation] AFC量子メモリ結合に向けたレーザーの周波数安定化2021

    • Author(s)
      宮下拓士,近藤健史,池田幸平,吉井一倫,堀切智之,洪鋒雷
    • Organizer
      第68回 応用物理学会春季学術講演会
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  • [Presentation] 希土類イオン添加結晶を用いた量子メモリの保存時間の向上、及び任意時間読み出しに向けたシーケンス開発2021

    • Author(s)
      都野智暉,万浪香子,吉田大輔,郷治侑真,池田幸平,洪鋒雷,中村一平,堀切智之
    • Organizer
      第68回 応用物理学会春季学術講演会
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  • [Presentation] 希土類イオン添加 結晶量子メモリを用いた通信波長光の 単一光子レベルフォトンエコー観測2021

    • Author(s)
      万浪 香子,都野 智暉, 吉田 大輔,伊藤 洸,新関 和哉,宮下 拓士,近藤 健史,洪 鋒雷,中村 一平,堀切 智之
    • Organizer
      第68回 応用物理学会春季学術講演会
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      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] Two-photon Comb with Wavelength Conversion for Long-distance Quantum Communication2020

    • Author(s)
      Kazuya Niizeki, Daisuke Yoshida, Ko Ito, Ippei Nakamura, Nobuyuki Takei, Kotaro Okamura, Ming-Yang Zheng, Xiu-Ping Xie, Tomoyuki Horikiri
    • Organizer
      CLEO Pacific Rim Conference 2020
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      2020 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Remarks] 横浜国立大学 堀切研究室

    • URL

      http://www.horikiri-lab.ynu.ac.jp/

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      2021 Annual Research Report

URL: 

Published: 2020-04-28   Modified: 2024-01-30  

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