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2016 Fiscal Year Annual Research Report

光周波数領域におけるユニバーサル量子操作

Research Project

Project/Area Number 15H03704
Research InstitutionOsaka University

Principal Investigator

山本 俊  大阪大学, 基礎工学研究科, 准教授 (10403130)

Project Period (FY) 2015-04-01 – 2018-03-31
Keywords量子エレクトロニクス / 量子情報 / 量子光学 / 光周波数変換 / 非線形光学
Outline of Annual Research Achievements

本研究では、光周波数を基底状態とした多次元ヒルベルト空間上の量子状態を自在に操作することができるユニバーサル量子操作を目指している。本年度は光周波数変換による量子ビット状態への操作と射影測定を目指した研究を行った。光周波数変換は2次の非線形光学効果による和・差周波発生により行う。非線形光学媒質として導波路型PPLNを用いて実験を行った。線形光学による量子操作はビームスプリッターを基本として実現される。これと同様の操作を光周波数領域で行うことが重要である。この光周波数スプリッターとも呼べる操作を線形光学におけるビームスプリッターに対応させるには、50%の変換効率の達成が重要となる。本年度は、それを実験的に確認することができ、異なる周波数の2光子によるHong-Ou-Mandel干渉を世界で初めて観測することに成功し、Nature Photonics誌への掲載に成功した。この50%の変換効率を達成した光周波数スプリッターを用いれば、マッハツェンダー干渉計に代表される1次の光干渉計を実現することが出来る。マッハツェンダー干渉計は1量子ビット操作の実現のために重要である。この動作確認のために、光周波数領域マッハツェンダー干渉計を構築し、励起光の位相変化により干渉計の位相変化が起きることも実験的に確認することができた。この実験はレーザー光を用いた実験であるため、単一光子で動作するのに十分に低雑音であるかが不明である。このため、実際に量子ビットを操作可能であるかを検証するために、波長変換過程での背景雑音光子発生レートを超伝導光子検出器により測定し、十分に量子ビットを操作可能な領域にあることを示すことが可能であることがわかった。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

非常にインパクトの高い実験に成功している。

Strategy for Future Research Activity

このまま研究を継続すれば問題ない

  • Research Products

    (11 results)

All 2016

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results,  Acknowledgement Compliant: 2 results,  Open Access: 1 results) Presentation (9 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results)

  • [Journal Article] Frequency-domain Hong-Ou-Mandel interference2016

    • Author(s)
      Toshiki Kobayashi, Rikizo Ikuta, Shuto Yasui, Shigehito Miki, Taro Yamashita, Hirotaka Terai, Takashi Yamamoto, Masato Koashi, Nobuyuki Imoto
    • Journal Title

      Nature Photonics

      Volume: 10 Pages: 441-444

    • DOI

      10.1038/nphoton.2016.74

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Heralded single excitation of atomic ensemble via solid-state-based telecom photon detection2016

    • Author(s)
      Rikizo Ikuta, Toshiki Kobayashi, Kenichiro Matsuki, Shigehito Miki, Taro Yamashita, Hirotaka Terai, Takashi Yamamoto, Masato Koashi, Tetsuya Mukai, Nobuyuki Imoto
    • Journal Title

      Optica

      Volume: 3 Pages: 1279-1284

    • DOI

      10.1364/OPTICA.3.001279

    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] 周波数領域マッハツェンダー干渉計を用いた光干渉実験2016

    • Author(s)
      山﨑大輔,小林俊輝,松木賢一郎,生田力三,山本俊,小芦雅斗,井元信之
    • Organizer
      第77回応用物理学会秋季学術講演会
    • Place of Presentation
      朱鷺メッセ(新潟県新潟市)
    • Year and Date
      2016-09-13
  • [Presentation] Observation of frequency-domain Hong-Ou-Mandel interference2016

    • Author(s)
      T. Kobayashi, R. Ikuta, S. Yasui, S. Miki, T. Yamashita, H. Terai, T. Yamamoto, M. Koashi, N. Imoto
    • Organizer
      16th Asian Quantum Information Science Conference
    • Place of Presentation
      Academia Sinica, Taipei, Taiwan
    • Year and Date
      2016-08-29
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Wavelength conversion of non-classical light from rubidium atoms to the telecom band2016

    • Author(s)
      Rikizo Ikuta, Toshiki Kobayashi, Kenichiro Matsuki, Shigehito Miki, Taro Yamashita, Hirotaka Terai, Takashi Yamamoto, Masato Koashi , Tetsuya Mukai, Nobuyuki Imoto
    • Organizer
      文科省科研費新学術領域「ハイブリッド量子科学」第3回領域会議
    • Place of Presentation
      東京理科大学神楽坂キャンパス森戸記念館(東京都新宿区)
    • Year and Date
      2016-08-25
  • [Presentation] Wavelength Conversion of non-classical light from rubidium atoms to the telecom band2016

    • Author(s)
      R. Ikuta, T. Kobayashi, K. Matsuki, S. Miki, T. Yamashita, H. Terai, T. Yamamoto, M. Koashi, T. Mukai, N. Imoto
    • Organizer
      13th International Conference on Quantum Communication, Measurement, and Computing (QCMC 2016)
    • Place of Presentation
      National University of Singapore, Singapore
    • Year and Date
      2016-07-05
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] High fidelity entanglement swapping via a time-resolved coincidence measurement2016

    • Author(s)
      Yoshiaki Tsujimoto, Motoki Tanaka, Yukihiro Sugiura, Rikizo Ikuta, Shigehito Miki, Taro Yamashita, Hirotaka Terai, Takashi Yamamoto, Masato Koashi, Nobuyuki Imoto
    • Organizer
      13th International Conference on Quantum Communication, Measurement, and Computing (QCMC 2016)
    • Place of Presentation
      National University of Singapore, Singapore
    • Year and Date
      2016-07-05
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Experimental demonstration of frequency-domain Hong-Ou-Mandel interference2016

    • Author(s)
      T. Kobayashi, R. Ikuta, S. Yasui, S. Miki, T. Yamashita, H. Terai, T. Yamamoto, M. Koashi, N. Imoto
    • Organizer
      13th International Conference on Quantum Communication, Measurement, and Computing (QCMC 2016)
    • Place of Presentation
      National University of Singapore, Singapore
    • Year and Date
      2016-07-04
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Wavelength conversion of non-classical light emitted from rubidium atoms to the telecom band2016

    • Author(s)
      T. Kobayashi, R. Ikuta, K. Matsuki, S. Miki, T. Yamashita, H. Terai, T. Yamamoto, M. Koashi, T. Mukai, N. Imoto
    • Organizer
      第34回量子情報技術研究会 (QIT34)
    • Place of Presentation
      高知工科大学 永国寺キャンパス(高知県高知市)
    • Year and Date
      2016-05-31
  • [Presentation] Experimental demonstration of robust entanglement distribution over reciprocal channels assisted by a counter-propagating light2016

    • Author(s)
      R. Ikuta, S. Nozaki, T. Yamamoto, M. Koashi, N. Imoto
    • Organizer
      第34回量子情報技術研究会 (QIT34)
    • Place of Presentation
      高知工科大学 永国寺キャンパス(高知県高知市)
    • Year and Date
      2016-05-31
  • [Presentation] High fidelity entanglement swapping via a time-resolved coincidence measurement2016

    • Author(s)
      Y. Tsujimoto, M. Tanaka, Y. Sugiura, R. Ikuta, S. Miki, T. Yamashita, H. Terai, T. Yamamoto, M. Koashi, N. Imoto
    • Organizer
      第34回量子情報技術研究会 (QIT34)
    • Place of Presentation
      高知工科大学 永国寺キャンパス(高知県高知市)
    • Year and Date
      2016-05-31

URL: 

Published: 2018-01-16  

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