2017 Fiscal Year Annual Research Report
Designing theory for quantum state transfer based on systems and control theory
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15K06151
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| Research Institution | Keio University |
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Principal Investigator |
山本 直樹 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 准教授 (40513289)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 量子メモリ / 量子情報 / システム制御理論 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は次の３つの課題の遂行を目的とする。(課題A)これまでに得られている1入力1出力線形量子系における状態変換法について種々の拡張(A-1:多入力多出力系、A-2:無限次元系、A-3:入力状態クラス、A-4:非線形系)を行う。(課題B)ロバスト状態変換を達成するパルス設計論構築。(課題C)状態変換のためのフィードバック制御器の設計論構築。2017年度は次の成果を得た。(A-1) 前年度に、多数の入出力ポートを有するメモリ系について状態完全転送の必要十分条件を求めた。本年度はこの成果に基づき、完全な状態転送条件を満たす多入力多出力メモリ系の設計アルゴリズムを開発した。さらに、この成果を用いて量子光スイッチの設計を行った。具体的には、構築したアルゴリズムを用いて、２本の光導波路と２つのマイクロリング共振器を結合するための適切なパラメータ設計を行い、完全な量子状態転送条件を満たす新規２入力２出力量子メモリ系を見出した。すなわち、入力光導波路の一つから単一光子状態が入力され、出力光導波路のいずれか一つから選択的に単一光子状態を出力する量子光スイッチの理論構築に成功した。これは香港理工大学のGuofeng Zhang准教授との共同研究の成果である。(A-2) 過去の成果で得られた完全量子状態転送法を、典型的な無限次元系であるGradient Echo Memory (GEM)に適用する試みを実施した。具体的には、GEMを有限個の調和振動子の集合体として近似し、状態転送に要する時間、必要な入力波形、GEMダイナミクスの解析を行った。とくに状態転送のために各調和振動子が有する離調(共振周波数からのずれ)を適切に設定する必要があるが、有限次元解析が出来る事の利点を活かし、転送精度の離調依存性を詳細に調べた。本研究の成果は、無限次元メモリ系を解析ひいては設計するための第一段階と捉えている。
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