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2016 Fiscal Year Annual Research Report

長距離量子通信の実現化へ向けた研究

Research Project

Project/Area Number 16F16811
Research InstitutionNational Institute of Informatics

Principal Investigator

根本 香絵  国立情報学研究所, 情報学プリンシプル研究系, 教授 (80370104)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) LO PIPARO NICOLO  国立情報学研究所, 情報学プリンシプル研究系, 外国人特別研究員
Project Period (FY) 2016-11-07 – 2019-03-31
Keywords量子情報 / 量子メモリー / 量子鍵配送 / 量子中継 / 量子通信
Outline of Annual Research Achievements

量子鍵配送は、光の減衰により成功確率が距離に対して指数的に減少することが、長距離量子通信上の大きな本質的問題である。この問題を解決するために、量子鍵配送スキームに量子メモリーを導入することで、光の減衰による成功確率の指数的な減少を防ぐ方式を考える。量子メモリーのモデルとしては、ダイヤモンドNVセンターと光共振器を用い、電子スピンと光共振器の相互作用により光とのインターフェースを実現する。この量子メモリーモデルを用いて、まず量子メモリーの動作を数値的に解析した。さらに量子メモリーの効果を明らかにするため、量子メモリーがある場合とない場合での量子鍵配送スキーム全体の性能を数値的に解析した。その結果、量子メモリーの量子鍵配送における優位性が数値的に示された。特に、協力係数の低い領域(low-cooperativity regime)でも、十分に量子メモリーによる優位性が得られることがわかった。
さらに、これらの成果をもとに、他の量子鍵配送、量子中継の方式と比較や通信上のゲインについて検討を行った。また、ダイヤモンドNVセンターの他にSiVの量子メモリーへの応用についても検討した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

量子メモリー付き量子鍵配送スキームのモデル化、検討は順調に進んでおり、すでに具体的な物理系を用いて量子メモリーの優位性を数値的に示すことに成功している。また、最近注目されつつあるSiVの量子メモリーへの応用についても検討を行い、実現化系の優位性を数値的に示す準備が出来てきている。今後、他の量子鍵配送、量子中継スキームとの比較、より一般的な量子中継モデルへの拡張を予定しているが、本年度の研究成果を元にさらなる発展が大いに期待できる。

Strategy for Future Research Activity

本年度の研究成果を元に、全光量子中継システムとの比較、検討を行い、量子メモリーの導入方法を検討する。量子鍵配送や量子中継において、リソースの観点からどのような量子メモリーの導入が効果的であるのかを検討し、量子メモリーの役割を明確にする。また、量子メモリーの優位性を発揮するために必要となる、量子メモリーの性能を数値的に解析する。実現系としては、本年度に引き続きダイヤモンドNVセンターを候補として研究を進める。

  • Research Products

    (4 results)

All 2017

All Journal Article (1 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 1 results) Presentation (3 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results)

  • [Journal Article] Measurement-device-independent quantum key distribution with nitrogen vacancy centers in diamond2017

    • Author(s)
      Nicolo Lo Piparo, Mohsen Razavi, and William J. Munro
    • Journal Title

      Physical Review A

      Volume: 95 Pages: 022338-1-12

    • DOI

      10.1103/PhysRevA.95.022338

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Presentation] Toward feasible long-distance quantum communications systems2017

    • Author(s)
      Nicolo Lo Piparo
    • Organizer
      第64回応用物理学会春季学術講演会
    • Place of Presentation
      パシフィコ横浜,神奈川,日本
    • Year and Date
      2017-03-14 – 2017-03-14
  • [Presentation] Quantum key distribution using single atom memories2017

    • Author(s)
      Nicolo Lo Piparo, Mohsen Razavi, William J. Munro and Kae Nemoto
    • Organizer
      Interdisciplinary Workshop on Quantum Devices 2017 (IWQD 2017)
    • Place of Presentation
      National Institute of Informatics, Tokyo, japan
    • Year and Date
      2017-03-07 – 2017-03-07
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Quantum key distribution using single atom memories2017

    • Author(s)
      Nicolo Lo Piparo, Mohsen Razavi, William J. Munro and Kae Nemoto
    • Organizer
      The JSAP Workshop on Quantum Information and Related Fields
    • Place of Presentation
      National Institute of Informatics, Tokyo, japan
    • Year and Date
      2017-03-02 – 2017-03-02
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2018-01-16  

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