モノサイクル量子もつれ光の実現と新しい時間領域トモグラフィ法による検証

2013 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11J00744
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 田中 陽 大阪大学, 基礎工学研究科, 特別研究員(DC1)
• Keywords: 量子光学 / 非線形光学 / 量子情報 / 量子もつれ / 量子測定 / もつれ光子対 / 擬似位相整合素子 / 二光子波導関数

Research Abstract

本研究の目的は量子力学的もつれを利用した高い同時性をもつ光子対の発生である。当該年度では前年度実施されたチャープ擬似位相整合素子を用いた超広帯域光子対の量子もつれを評価すべく、1. 超広帯域周波数相関の直接測定、及び2. 二色量子干渉を用いた周波数量子もつれの特性評価、の二点について主体的に実験的研究を実施した。また量子計測科学への応用に向け、超伝導単一光子検出器の評価及び量子OCTの実現に関する2編の論文が共著者として出版された(Jpn. J. Appl. Phys. 52, 102801 (2013), Phys. Rev. A88, 043845 (2013))。
1. 前年度実施された光子対の周波数相関測定を継続し、モノサイクル時間もつれが可能である光子対に対して相関測定を実施した。その結果、相関幅が192THzである世界最大の周波数相関幅測定に世界に先駆けて成功した。実験では光電子増倍管(浜松ホトニクスとの共同研究)とSiアヴァランシェフォトダイオードを用い、二光子波動関数の周波数領域の情報(絶対値の自乗)を読み出す事に成功した。
2. 1.と同様の広帯域光子対を発生させ、二色の周波数フィルターを有するHong-Ou-Mandel干渉計で二色の光子対の量子もつれを評価した。フィルターの透過周波数差が最大177THzまでの5通りの二色量子状態につき、最大もつれ状態との忠実度が全て古典限界の70%を破る89%以上という結果を得た。干渉計の位相雑音の評価により、フィルタリング前の超広帯域光子対は高い純粋状態である事が予測される。これは時間領域でも純粋状態である事を意味し、実験に用いたチャープ素子でモノサイクル量子もつれ状態が可能である直接の証拠となる。
また光子対の和周波発生については、引き続き修士の学生に理論面で詳細な議論を行い実験を担当してもらった。光子対のモノサイクル化に向け、プリズムペアを用いた分散補償系を導入し、非チャープ素子の光子対の和周波発生効率が9倍増加した。これは二光子波動関数の時間領域操作に相当し、今後の時間領域二光子エンジニアリングに道を開くものと期待される。

Strategy for Future Research Activity

(抄録なし)

Research Products

• [Journal Article] Investigations on the Performance of a Ultra-low Dark Count Superconducting Nanowire Single Photon Detector (2013)
  • Author(s): Shanthi Subashchandran, Ryo Okamoto, Labao Zhang, Akira Tanaka, Masayuki Okano, Lin Kang, Jian Chen, Peiheng Wu and Shigeki Takeuchi
  • Journal Title: Japanese Journal of Applied Physics Volume: 52 Pages: 102801-1-102801-5
  • DOI: 10.7567/JJAP.52.102801
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Dispersion cancellation in high-resolution two-photon interference (2013)
  • Author(s): Masayuki Okano, Ryo Okamoto, Akira Tanaka, Shutaro Ishida, Norihiko Nishizawa and Shigeki Takeuchi
  • Journal Title: Physical Review A Volume: 88 Pages: 043845-1-043845-5
  • DOI: 10.1103/PhysRevA.88.043845
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 二色量子干渉による超広帯域エネルギー量子もつれ光子対検出 (2014)
  • Author(s): 田中陽、岡本亮、Hwan Hong Lim、岡野真之、江藤祐、Shanthi Subashchandran、栗村直、Labao Zhang、Lin Kang、Jian Chen、Peiheng Wu、廣畑徹、竹内繁樹
  • Organizer: 基礎物理学研究所 研究会「量子情報の新展開」New Horizon in Quantum Information Science-複雑性の極限における普遍的物理の探究-
  • Place of Presentation: 京都大学基礎物理学研究所湯川記念館パナソニック国際交流ホール(京都府京都市)
  • Year and Date: 20140323-25
• [Presentation] チャープPPSLT素子から発生する広帯域パラメトリック蛍光対の周波数相関測定II (2013)
  • Author(s): 田中賜、岡本亮、Hwan Hong Lim、岡野真之、Shanthi Subashchandran、江藤祐、Labao Zhang、Lin Kang、Jian Chen、Peiheng Wu、廣畑徹、栗村直、竹内繁樹
  • Organizer: 日本物理学会2013年秋季大会
  • Place of Presentation: 横浜国立大学常盤台キャンパス(神奈川県横浜市)
  • Year and Date: 20130925-28
• [Presentation] Direct Observation of 150 THz-Frequency Correlation of Photon Pairs Generated from Chirped Quasi-Phase Matched Crystal (2013)
  • Author(s): Akira Tanaka, Ryo Okamoto, Hwan Hong Lim, Shanthi Subashchandran, Masayuki Okano, Yu Eto, Labao Zhang, Lin Kang, Jian Chen, Peiheng Wu, Toru Hirohata, Sunao Kurimura, and Shiaeki Takeuchi
  • Organizer: The international workshop on new science and technologies using entangled photons (NSTEP) 2013
  • Place of Presentation: 大阪大学吹田キャンパス銀杏会館(大阪府吹田市)
  • Year and Date: 20130708-09
• [Presentation] Broadband Frequency Correlated Photon Pairs Using a Chirped-QPM Device (2013)
  • Author(s): Akira Tanaka, Ryo Okamoto, Hwan Hong Lim, Shanthi Subashchandran, Masayuki Okano, Labao Zhang, Lin Kang, Jian Chen, Peiheng Wu, Toru Hirohata, Sunao Kurimura, and Shigeki Takeuchi
  • Organizer: CLEO-PR & OECC/PS 2013
  • Place of Presentation: 京都国際会館 (京都府京都市)
  • Year and Date: 20130630-0704
• [Presentation] 近赤外波長帯における超広帯域周波数相関光子対の実現と観測I (2013)
  • Author(s): 田中腸、岡本亮、Hwan Hong Lim、岡野真之、江藤祐、Shanthi Subashchandran、栗村直、Labao Zhang、Lin Kang、Jian Chen、Peiheng Wu、廣畑徹、竹内繁樹
  • Organizer: 第28回量子情報技術研究会(QIT28)
  • Place of Presentation: 北海道大学札幌キャンパス(北海道札幌市)
  • Year and Date: 20130527-29