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ループ型光回路による大規模量子計算の実現

Research Project

Project/Area Number 20J10844
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Review Section Basic Section 13020:Semiconductors, optical properties of condensed matter and atomic physics-related
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

高瀬 寛  東京大学, 工学系研究科, 特別研究員(DC2)

Project Period (FY) 2020-04-24 – 2022-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help
¥2,100,000 (Direct Cost: ¥2,100,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
Keywords光量子情報処理
Outline of Research at the Start

本研究はループ型光回路を用いた量子コンピュータの開発を行う.ループ型量子計算では,量子的な情報を時間領域で多重化する技術と,高速な光スイッチング技術を組み合わせることで,他方式に比べ圧倒的に小規模かつ単純なシステムで量子計算を行うことが可能である.この方式の有用性を実証するため,本研究では同一のループ型回路で複数ステップの量子計算を複数種類行うことを目指す.

Outline of Annual Research Achievements

本年度は、前年度までに開発を行った光量子情報プロセッサに入力するための非古典状態の生成手法について、2つのテーマで研究を行った。
1つ目のテーマは、可干渉分岐操作によるGottesman-Kitaev-Preskill(GKP)符号化の理論研究である。GKP状態は誤り耐性型の光量子計算を行うための論理量子ビットとして有望視されている。GKP状態は、コヒーレント状態の重ね合わせであるシュレーディンガーの猫状態を一般化したような量子状態である。シュレーディンガーの猫状態の効率的な生成方法については、前年度に「一般化光子引き去り」として理論提案しており、この手法をGKP状態の生成へ応用できないか模索していた。本年度は、一般化光子引き去りをビームスプリッタ相互作用ではなく量子非破壊相互作用により実装することでGKP状態の生成が可能であることを示した。
2つ目のテーマは、光量子状態の時間波形を任意の形状に整形する理論および実験の研究である。時間領域多重光量子情報処理において量子状態の時間波形は重要な自由度であり、様々な有用な応用が知られる。本テーマでは、波形整形が難しい非ガウス型状態と呼ばれる状態を、任意の時間波形で生成する手法を提案した。手法の核となるアイデアは、非ガウス型状態を生成する方法として一般的な伝令付き状態生成を広帯域スクイーズド光源で実装し、光子検出器前に設置した光フィルタで波形を決定するというものである。この提案手法を用い、実験的に非ガウス型状態を特殊な形状の時間波形で生成することに成功した。
これらの内容を学位論文としてまとめ博士号を取得した。さらに、それぞれの内容で学術誌に投稿する予定である。

Research Progress Status

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2021 Annual Research Report
  • 2020 Annual Research Report
  • Research Products

    (6 results)

All 2022 2021

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

  • [Journal Article] Generation of Schr\"{o}dinger cat states with Wigner negativity using continuous-wave low-loss waveguide optical parametric amplifier2022

    • Author(s)
      K. Takase, A. Kawasaki, B. Kyu Jeong, M. Endo, T. Kashiwazaki, T. Kazama, K. Enbutsu, K. Watanabe, T. Umeki, S. Miki, H. Terai, M. Yabuno, F. China, W. Asavanant, J. Yoshikawa, and A. Furusawa
    • Journal Title

      Optics Express

      Volume: 30

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Generation of optical Schr?dinger cat states by generalized photon subtraction2021

    • Author(s)
      Takase Kan、Yoshikawa Jun-ichi、Asavanant Warit、Endo Mamoru、Furusawa Akira
    • Journal Title

      Physical Review A

      Volume: 103 Issue: 1 Pages: 013710-013710

    • DOI

      10.1103/physreva.103.013710

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Wave-function engineering via conditional quantum teleportation with a non-Gaussian entanglement resource2021

    • Author(s)
      Asavanant Warit、Takase Kan、Fukui Kosuke、Endo Mamoru、Yoshikawa Jun-ichi、Furusawa Akira
    • Journal Title

      Physical Review A

      Volume: 103 Issue: 4 Pages: 043701-043701

    • DOI

      10.1103/physreva.103.043701

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Presentation] 可干渉分岐操作によるGottesman-Kitaev-Preskill符号化の研究2022

    • Author(s)
      高瀬寛, 川﨑彬斗, アサバナント ワリット, 福井浩介, 遠藤護, 古澤明
    • Organizer
      日本物理学会第77回年次大会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] Generation of Schrodinger cat states by generalized photon subtraction2021

    • Author(s)
      Kan Takase, Jun-ichi Yoshiawa,Warit Asavanant, Mamoru Endo, Akira Furusawa
    • Organizer
      CLEO/Europe-EQEC 2021
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Generation of optical Schr\"{o}dinger cat states by generalized photon subtraction2021

    • Author(s)
      Kan Takase
    • Organizer
      CLEO/Europe EQEC 2021
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2020-07-07   Modified: 2024-03-26  

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