| Project/Area Number |
22KJ1874
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| Project/Area Number (Other) |
22J14998 (2022)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2023)
Single-year Grants (2022) |
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| Section | 国内 |
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| Review Section |
Basic Section 30020:Optical engineering and photon science-related
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
Park Guebae 京都大学, 工学研究科, 特別研究員(DC2)
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| Project Period (FY) |
2023-03-08 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥1,700,000 (Direct Cost: ¥1,700,000)
Fiscal Year 2023: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2022: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
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| Keywords | 多光子多モード量子状態 / 量子光学 / 光量子情報 / 量子もつれ / 線形光学量子回路 / 光量子情報処理 / 多光子量子状態 / 非線形光学結晶 / 線形光学ネットワーク / 多光子量子干渉 |
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| Outline of Research at the Start |
複数の単一光子源と線形光学素子は多光子量子状態の生成と制御において重要である．また，任意のユニタリ変換を線形光学素子を組み合わせで実現できる．
近年，より多い光子を効率的に制御するために，オンチップに集積化された線形光学素子が用いられているが，各素子を電気や熱を通して直接に制御する．そのため，制御端子が多く接続されるため，オンチップのサイズよりも制御素子が複雑になる問題点がある．
本研究では，入力状態の時間パラメータを事前に選択し，出力状態の周波数を事後選択する方法を導入する．生成された多光子量子もつれを事前事後選択を行い，能動素子を用いずに任意のユニタリ変換を実現する．
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| Outline of Annual Research Achievements |
この研究は、複数の光子が複数のモードに存在することによって形成される多光子多モード量子状態の量子コヒーレンスに焦点を当てています。具体的には、多光子多モード量子状態が示す量子相関が、線形光学量子回路を通じて行われるユニタリ変換によってどのように階層的な性質を持つかを明らかにしました。光子はその安定したコヒーレンスと、従来の制御素子による精密な操作の可能性から、量子計算、量子センシング、量子通信などの量子技術における有望な候補として期待されています。しかし、光子間の相互作用の弱さは、主に線形光学効果を利用した操作に限ります。光量子情報処理のアプローチは、単一光子源、線形光学量子回路、および光子検出器を含む三つの主要な要素に分けることができますが、これらの要素だけでは任意の量子状態を生成することには限界があります。
本研究では、従来理解されていたフォック状態とノンフォック状態に加えて、さらに4つの細かい分類（単一モードフォック状態、多モードフォック状態、真空検出によるノンフォック状態、真のノンフォック状態）を理論的に提案しました。特に、真のノンフォック状態を生成するためには，余剰光子と余剰モードが必要になります。また、「条件付き量子コヒーレンス」という新たな概念を導入し、真のノンフォック状態を評価する方法を提案し、この方法の有効性を実証実験で確認しました。これにより、量子情報処理の理解と応用の範囲が拡大されることが期待されます。
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