Quantum State Generation of THz-Light and Exploration of Quantum Measurement Applications
| Project/Area Number |
21H03747
|
|---|
| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
|
| Allocation Type | Single-year Grants |
|---|
| Section | 一般 |
|---|
| Review Section |
Basic Section 80040:Quantum beam science-related
|
|---|
| Research Institution | Ishinomaki Senshu University (2022-2023)
Institute of Physical and Chemical Research (2021) |
|---|
Principal Investigator |
野竹 孝志 石巻専修大学, 理工学部, 准教授 (70413995)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
|
| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
|
| Budget Amount *help |
¥17,160,000 (Direct Cost: ¥13,200,000、Indirect Cost: ¥3,960,000)
Fiscal Year 2023: ¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000)
Fiscal Year 2022: ¥5,460,000 (Direct Cost: ¥4,200,000、Indirect Cost: ¥1,260,000)
Fiscal Year 2021: ¥6,890,000 (Direct Cost: ¥5,300,000、Indirect Cost: ¥1,590,000)
|
|---|
| Keywords | テラヘルツ電磁波 / 量子 / 量子光学 / テラへルツ光 / テラヘルツ光 / 量子状態 / 量子干渉 / 量子計測 / テラヘルツ |
|---|
| Outline of Research at the Start |
従来の光量子応用のためには単一光子検出器が必須であるが、現状、テラヘルツ光を単一光子検出する技術は存在しない。我々は、可視光ポンプ強度を光子レベルまで下げた低ゲイン領域において、室温熱輻射に基づく熱光子を種光とする自発的パラメトリック過程により、量子相関を有するテラヘルツ光（シグナル光）と可視光（アイドラ光）の光子対を発生させる。そして量子干渉効果を通じて可視光光子のみを市販の高感度半導体検出器で光子検出する事で、テラヘルツ光子の量子状態生成を検証し、更には分光やイメージング等のテラヘルツ量子計測応用への端緒を切り開く。
|
| Outline of Annual Research Achievements |
2014年、Lemosらは、2つの非線形光学結晶による自発パラメトリック・ダウンコンバージョン（SPDC）により、異なる波長のシグナル光子とアイドラー光子を発生させ、アイドラー光子を撮像対象に照射し、シグナル光子とアイドラー光子の量子相関による量子干渉により、実際には直接検出しないアイドラー光子の波長領域である近赤外領域でのイメージングを実現した。しかしテラヘルツ電磁波の周波数領域では、室温での熱揺らぎに相当する光子エネルギーが小さいため、光子レベルでの超高感度検出は現在のところ困難である。
この困難を克服するために、我々は、2つの独立した後方THz波パラメトリック発振プロセスを用いた超高感度THz波検出に挑戦した。このプロセスでは、フォノン・ポラリトンを介した非線形光学波動混合により、2つの光波（ポンプとアイドラー）とサブTHz周波数の電磁波（シグナル）の間の3波のコヒーレントな重ね合わせが可能となり、2つの光波とサブTHz波が逆方向に進行しながら相互作用するため、すべての光子のコヒーレント波の重ね合わせは空間的・時間的に非常に限定され、真空ノイズからも高い量子相関により高度に分離できると期待される。実際に我々は、周期分極反転ニオブ酸リチウム結晶を2個用いて後進テラヘルツパラメトリック実験を行ったところ、光子エネルギーが1000倍も異なる光子変換を実現し、300GHzのサブテラヘルツ電磁波光子を波長1umの近赤外光子へと高効率に変換し、テラヘルツ電磁波のパルスエネルギーがアトジュールレベルになる超微弱なサブテラヘルツ電磁波光子の検出に成功した。
|
| Research Progress Status |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
|
| Strategy for Future Research Activity |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
|
Report
(3 results)
Research Products
(15 results)
