2013 Fiscal Year Annual Research Report
| Project Area | Quantum cybernetics - interdisciplinary studies of quantum controls and developments toward quantum computing |
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| Project/Area Number |
21102008
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
小芦 雅斗 東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (90322099)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
山本 俊 大阪大学, 基礎工学研究科, 准教授 (10403130)
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| Project Period (FY) |
2009-07-23 – 2014-03-31
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| Keywords | 量子もつれ / 量子インターフェース / 波長変換 / ２光子干渉 / デコヒーレンスフリー部分空間 / Dicke状態 |
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| Research Abstract |
デコヒーレンスフリー部分空間を利用して量子状態を雑音から保護する手法の効率を、透過率の２乗に比例から線形に比例した減少に抑制する方法の提案と実証を行ってきたが、位相雑音に限定された方法であり、偏光回転を含めた一般的な雑音に対しても効率化が図れるかどうかが不明だった。本年度は、光通信路を逆伝搬する光の偏光変化の一般性質を利用することで、一般的な雑音に対しても同様の効率化が図れることを示した。
光子の波長を変換する量子インターフェースは、物質系の量子情報を量子光通信によって結びつける際に重要となる技術であり、これまで周期分極反転ニオブ酸リチウム(PPLN)を用いた差周波発生に基づく手法を実現してきた。本年度はさらに進めて、可視光から通信波長へ変換された２個の光子の非古典的な２光子干渉を確認した。これは、可視光とリンクした物質系素子を光ファイバで結合するための重要なステップである。また、部分的な波長変換過程が実効的に周波数領域のビームスプリッターとして機能することを干渉実験によって確認した。これは、周波数領域の自由度を利用してより複雑な量子制御を行う可能性を拓くものである。
領域内共同研究として、量子通信の長距離化に向けて、Rb冷却原子系の立ち上げを行うと共にラマン散乱単一光子を通信波長へ変換する場合の見積もりを行い、十分な信号雑音比が得られるとの結論を得た。また、ダイアモンドのNVセンターからの単一光子を通信波長へ変換するための波長変換量子インターフェースを実現した。これらの成果は今後の物質系量子ビットの光ファイバーリンクに向けた重要なステップとなる。
その他、多体量子もつれ状態のひとつであるDicke状態を、少数の量子ビットのみアクセスして拡張する手法について、最適手法や限界を理論的に明らかにした。また、光子を多モードに重ね合わせた状態が秘匿通信に有用であることを示した。
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| Current Status of Research Progress |
Reason
25年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
25年度が最終年度であるため、記入しない。
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[Journal Article] Frequency down-conversion of 637 nm light to the telecommunication band for non-classical light emitted from NV centers in diamond2014
Author(s)
R. Ikuta, T. Kobayashi, S. Yasui, S. Miki, T. Yamashita, H. Terai, M. Fujiwara, T. Yamamoto, M. Koashi, M. Sasaki, Z. Wang, and N. Imoto
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Journal Title
Optics Express
Volume: Vol. 22
Pages: 11205-11214
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Observation of two output light pulses from a partial wavelength converter preserving phase of an input light at a single-photon level2013
Author(s)
R. Ikuta, T. Kobayashi, H. Kato, S. Miki, T. Yamashita, H. Terai, M. Fujiwara, T. Yamamoto, M. Koashi, M. Sasaki, Z. Wang, and N. Imoto
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Journal Title
Optics Express
Volume: Vol. 21
Pages: 27865-27872
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Nonclassical two-photon interference between independent telecommunication light pulses converted by difference-frequency generation2013
Author(s)
R. Ikuta, T. Kobayashi, H. Kato, S. Miki, T. Yamashita, H. Terai, M. Fujiwara, T. Yamamoto, M. Koashi, M. Sasaki, Z. Wang, and N. Imoto
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Journal Title
Physical Review A
Volume: Vol. 88
Pages: 042317:1-4
DOI
Peer Reviewed
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[Presentation] The HOM interference between independent telecom light pulses frequency-down-converted by difference-frequency generation
Author(s)
R. Ikuta, T. Kobayashi, H. Kato, S. Miki, T. Yamashita, H. Terai, M. Fujiwara, T. Yamamoto, M. Koashi, M. Sasaki, Z. Wang, N. Imoto
Organizer
13th Asian Quantum Information Science Conference (AQIS2013)
Place of Presentation
The Institute of Mathematical Sciences, Chennai, India
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[Presentation] Non-classical Interference Between Two Telecom Photons with Wavelength Conversion
Author(s)
T. Kobayashi, R. Ikuta, H. Kato, S. Miki, T. Yamashita, H. Terai, M. Fujiwara, T. Yamamoto, M. Koashi, M. Sasaki, Z. Wang, N. Imoto
Organizer
The 10th Conference on Lasers and Electro-Optics Pacific Rim, and The 18th OptoElectronics and Communications Conference / Photonics in Switching 2013
Place of Presentation
Kyoto International Conference Center (Kyoto)
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[Presentation] A photonic quantum interface for an optical fiber based quantum communication
Author(s)
T. Yamamoto, R. Ikuta, T. Kobayashi, H. Kato, S. Miki, T. Yamashita, H. Terai, M. Fujiwara, M. Koashi, M. Sasaki, Z. Wang, N. Imoto
Organizer
20th Central European Workshop on Quantum Optics
Place of Presentation
KTH, Stockholm, Sweden
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