| Project/Area Number |
22KJ2202
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| Project/Area Number (Other) |
22J20801 (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 13020:Semiconductors, optical properties of condensed matter and atomic physics-related
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
村上 翔一 大阪大学, 基礎工学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2023-03-08 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥2,500,000 (Direct Cost: ¥2,500,000)
Fiscal Year 2024: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2023: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2022: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
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| Keywords | 量子もつれ光子対源 / 全光量子中継 / 量子周波数変換 / 量子情報処理 / 量子通信 / タンデム型type-2疑似位相整合導波路 / 自発的光パラメトリック下方変換 / 量子鍵配送 |
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| Outline of Research at the Start |
長距離量子通信においては現在の光中継器を量子中継器に置き換える必要がある。従来この量子中継器を実現する物理系として中性原子等の物質量子メモリが想定されていたが、2015年に多光子の量子もつれ状態を用いる全光量子中継プロトコルが考案された。当プロトコルは実証実験も行われているが、(1)通信波長帯ではないこと、(2)測定結果に応じた量子もつれ状態の制御が行われていないこと、(3)光子数が少ないこと等の問題点が存在する。
本研究では全光量子中継プロトコルの実用化を目指し、(1)通信波長帯での高効率な光子対源の開発、(2)量子もつれ状態の制御、(3)(1)を用いた大規模量子もつれ状態の作成に取り組む。
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| Outline of Annual Research Achievements |
量子ネットワーク構築に向けて以下の研究を行った
(1)一昨年度はタンデム型type-2疑似位相整合したPPLN導波路を連続光で励起し、偏光自由度で量子もつれを有することを確認した。これについて昨年四月の国際学会で口頭発表した。昨年度は二光子干渉を見据えてこの励起光をピコ秒のパルスレーザーに代えて実験を行った。この場合、タンデム型であることに起因した群速度遅延の影響で発生光子対の忠実度が下がってしまうという問題がある。このような状況で合っても、バンドパスフィルタで各光子の帯域を制限してコヒーレンス時間を延ばし、群速度遅延の影響を抑制することで、発生した光子対が90%を超える忠実度を有することを確認した。
(2)今後量子インターネット実現に向けて物質量子系から発光された光子の周波数をファイバネットワークに適したそれに変更する、量子周波数変換(QFC)を行う必要がある。そこで、NTTにおいて開発されたファイバベースでQFCを行うモジュール（4-port fiber-pigtailed QFC module)の性能評価を行い、さらにこれを用いた単一光子のQFC実験を実証した。この成果は論文として出版した(Opt. Express 31, 18, 29271-29279 (2023))。
(3)変換光にのみ共振器構造を持ったPPLN導波路を用いてQFCを行う実験にも取り組んだ。この実験によって、変換光の量子性を下げる原因であるラマン散乱光が共振器に共鳴した周波数構造を持ち、帯域の広いバンドパスフィルタのみで高い信号雑音比を得られる可能性を示した。この結果は昨年秋に行われた国内研究会で発表した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
提案したタンデム型PPLNを用いた量子もつれ光子対源の研究のみでなく、三体相関を持った多光子状態の作成にも取り組んでいる。
また、長距離量子通信の実現を目指して全光量子中継器の作成のみでなく、物質量子系とインターフェースである量子周波数変換にまで研究の領域を広げているため、元の計画から少し遅れている。
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| Strategy for Future Research Activity |
パルス励起を用いてタンデム型type-2疑似位相整合PPLN導波路からエンタングル光子対を生成することには成功している。今後はこの光子対源二つから発生させたシグナル光子どうしを二光子干渉させ、さらに光子対同士のエンタングルメントスワッピングも行うことを目指す。
また、今後さらに大規模な量子もつれ状態を作成するためには三光子を同時に発生させることが大事であると考え、現在はそれにも取り組んでいる。この状態を拡張して三体の偏光量子もつれ状態を作ることができれば、ベル測定と呼ばれる操作のみで量子もつれ状態を拡張していくことができるため、多光子量子もつれ状態の作成、そして全光量子中継プロトコルの実証を目指した本研究の目標に非常に合致したものである。
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