• Search Research Projects
  • Search Researchers
  • How to Use
  1. Back to project page

2016 Fiscal Year Research-status Report

物質間の自発的量子もつれ生成へ向けた幾何学的量子光学の創成

Research Project

Project/Area Number 16K13818
Research InstitutionYokohama National University

Principal Investigator

小坂 英男  横浜国立大学, 大学院工学研究院, 教授 (20361199)

Project Period (FY) 2016-04-01 – 2019-03-31
Keywords光物性 / ハイブリッド量子 / 量子情報物理
Outline of Annual Research Achievements

本研究では縮退した二準位に着目し、これを論理量子として幾何学的量子操作を行う幾何学的量子光学と呼ぶ学問領域を開拓することを目的とした。
物質系としてダイヤモンド中のドーパンドである単一窒素原子の色中心(NV中心)を用いた。磁場を完全に排除することで縮退したスピン部分系を論理的量子として用い、超広帯域のコヒーレントな電磁波で幾何学的量子制御するための準備として、本年度は下記の研究項目の実施を行った。
①縮退した幾何学的量子構造の構築に成功
幾何学的量子操作を行うには、磁場を完全に排除して物質系に縮退した幾何学的構造を形成することが必要となる。ダイヤモンド中のNV中心に捕獲された電子の軌道、スピンならびにNVを構成する窒素の核子スピンにおいて、完全に縮退した幾何学的量子を構築することに成功した。
②直交偏光アップコンバージョン法の構築に成功
幾何学的量子操作を行うには、波形・位相・周波数・偏光が制御されたコヒーレントな光波、マイクロ波、ラジオ波が必要である。デジタル波形によるマイクロ波基準周波数(LO)のIQ変調でアップコンバージョンされた任意波形のマイクロ波を生成し、さらにマイクロ波による光波基準周波数(LO)のIQ変調でアップコンバージョンされたで任意波形の光波を生成することに成功した。これにより、電子軌道、電子スピン、核スピンという15桁に渡る周波数域に渡る物質量子のコヒーレント多重共鳴を可能とした。さらに、IQ変調部を偏光サニャック干渉系に挿入することで偏光に応じたダブルパスとし、偏光の制御も可能とした。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

当初本年度に計画した①縮退した幾何学的量子構造の構築、②直交偏光アップコンバージョン法の構築に成功しただけでなく、次年度に計画した③幾何学的量子操作の予備実験にも成功した。

幾何学的量子操作の予備実験に成功
上述のアップコンバージョン法により生成した、波形・位相・周波数・偏光が制御されたコヒーレントな光波、マイクロ波、ラジオ波を用い、縮退した幾何学的量子構造にある電子スピン、核スピンの幾何学的量子操作の予備実験に成功した。

Strategy for Future Research Activity

③光波およびマイクロ波による電子スピン縮退論理キュービットの幾何学的量子操作
本年度開発したアップコンバージョン法により生成した、波形・位相・周波数・偏光が制御されたコヒーレントな光波、マイクロ波、ラジオ波を用い、縮退した幾何学的量子構造にある電子スピン、核スピンの幾何学的量子操作を完成させる。特に電子と核子の量子もつれ操作を幾何学的量子操作で実現するという、当初計画した目標にはない挑戦的な目標に挑戦する。

④光子を媒介とした複数核スピン間の自発的量子もつれ生成
電子軌道・電子スピン・核スピンにそれぞれ共鳴する光波・マイクロ波・ラジオ波を同時照射することにより、多重散乱の効果で電子軌道・電子スピン・核スピンのコヒーレンス連鎖が起こると考えられる。まずは、電子、核子共に0状態に初期化する。コヒーレントなラジオ波とマイクロ波により、電子と核子のスピンは超微細相互作用の力で量子もつれ状態になる。またコヒーレントな光波により、電子の軌道とスピンもスピン軌道相互作用の力で量子もつれ状態になる。さらにこれらを同時照射することにより、ラジオ波、マイクロ波、光波のコヒーレンス連鎖が起こり、核スピンは電子を介して光波のコヒーレンスを受け取ることになる。核子が複数存在する系においては、それぞれの核子に対応するラジオ波とマイクロ波、そして共通の光波を同時照射することにより、光子を媒介とした複数核スピン間の自発的量子もつれ生成が可能と考える。

Causes of Carryover

直交偏光アップコンバージョン法の構築において、光波の周波数安定化には原子光学の技術を、マイクロ波帯およびラジオ波帯の同期と安定化には、原子時計で同期されたデジタル回路技術を応用する予定であった。しかしながら実験を進める過程において、現段階の目標精度ではこれらの技術を用いずとも直交偏光アップコンバージョン法の構築が実現可能であることが判明した。これらの導入は次年度に改めて検討することとした。

Expenditure Plan for Carryover Budget

原子光学の技術導入による光波の周波数安定化、ならびに原子時計で同期されたデジタル回路技術の導入によるマイクロ波帯およびラジオ波帯の同期と安定化を引き続き検討する。また、光波、マイクロ波帯およびラジオ波帯という3種類の周波数帯の相対位相の安定のために、光周波数コムの技術導入を検討する。

  • Research Products

    (37 results)

All 2017 2016 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (3 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 1 results,  Acknowledgement Compliant: 3 results) Presentation (32 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Invited: 5 results) Remarks (1 results)

  • [Int'l Joint Research] University of Stuttgart(ドイツ)

    • Country Name
      GERMANY
    • Counterpart Institution
      University of Stuttgart
  • [Journal Article] Optical holonomic single quantum gates with a geometric spin under with a zero field2017

    • Author(s)
      Yuhei Sekiguchi, Naeko Niikura, Ryota Kuroiwa, Hiroki Kano and Hideo Kosaka
    • Journal Title

      Nature Photonics

      Volume: 0 Pages: 印刷中

    • DOI

      10.1038/nphoton.2017.40

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Geometric spin echo under zero field2016

    • Author(s)
      Yuhei Sekiguchi, Yusuke Komura, Shota Mishima, Touta Tanaka, Naeko Niikura and Hideo Kosaka
    • Journal Title

      Nature Communications

      Volume: 7 Pages: 11668

    • DOI

      10.1038/ncom ms 11668

    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] High fidelity transfer and storage of photon states in a single nuclear spin2016

    • Author(s)
      Sen Yang, Ya Wang, Thai Hien Tran, S. Ali Momenzadeh, M. Markham, D. J.Twitchen, Rainer Stohr, Philipp Neumann, Hideo Kosaka, and Jorg Wrachtrup
    • Journal Title

      Nature Photonics

      Volume: 10 Pages: 507-511

    • DOI

      10.1038/nphoton.2016.103

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] ダイヤモンドNV中心における単一光子から単一核子への量子テレポーテーション転写2017

    • Author(s)
      加納浩輝、黒岩良太、中村孝秋、延與梨世、佐藤恒司、関口雄平、小坂英男
    • Organizer
      日本物理学会2017年春季大会
    • Place of Presentation
      大阪大学 豊中キャンパス
    • Year and Date
      2017-03-19
  • [Presentation] ダイヤモンドNV中心における電子・核子量子もつれ状態のシングルショット量子非破壊測定2017

    • Author(s)
      延與梨世、中村孝秋、加納浩輝、黒岩良太、佐藤恒司、関口雄平、小坂英男
    • Organizer
      日本物理学会2017年春季大会
    • Place of Presentation
      大阪大学 豊中キャンパス
    • Year and Date
      2017-03-19
  • [Presentation] ダイヤモンドNV中心におけるマイクロ波偏光を用いた幾何学的量子もつれ操作2017

    • Author(s)
      長田昂大、石田直輝、倉見谷航洋、佐藤恒司、関口雄平、小坂英男
    • Organizer
      日本物理学会2017年春季大会
    • Place of Presentation
      大阪大学 豊中キャンパス
    • Year and Date
      2017-03-19
  • [Presentation] GRAPEアルゴリズムを用いたダイヤモンドNV中心スピンの最適波形制御2017

    • Author(s)
      倉見谷航洋、須田雄太、長田昴大、石田直輝、佐藤恒司、関口雄平、小坂英男
    • Organizer
      日本物理学会2017年春季大会
    • Place of Presentation
      大阪大学 豊中キャンパス
    • Year and Date
      2017-03-19
  • [Presentation] ダイヤモンド量子間をつなぐ2段階量子波長変換2017

    • Author(s)
      田村秀平、池田幸平、堀切智之、小坂英男
    • 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
    • Year and Date
      2017-03-17
  • [Presentation] 長距離量子通信のための波長変換用周波数安定化レーザーの開発2017

    • Author(s)
      池田幸平、久井裕介、堀切智之、吉井一倫、小坂英男、洪 鋒雷
    • 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
    • Year and Date
      2017-03-17
  • [Presentation] ダイヤモンドへの量子テレポーテーションと量子情報通信によるカンタムウェアセキュリティ2017

    • Author(s)
      小坂 英男
    • 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
    • Year and Date
      2017-03-15
    • Invited
  • [Presentation] ダイヤモンドNV中心を用いた量子中継のためのマルチスピン量子ビット制御2017

    • Author(s)
      佐藤恒司、関口雄平、延與梨世、幸村雄介、倉見谷航洋、中村孝秋、長田昂大、石田直輝、小坂英男
    • 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
    • Year and Date
      2017-03-14
  • [Presentation] ダイヤモンドNV中心を用いた量子中継技術の開発2017

    • Author(s)
      黒岩良太、加納浩輝、関口雄平、田中統太、三島将太、中村孝秋、延與梨世、佐藤恒司、倉見谷航洋、小坂英男
    • 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
    • Year and Date
      2017-03-14
  • [Presentation] ダイヤモンドNV中心の拓く量子認証システムの可能性2017

    • Author(s)
      倉見谷航洋、須田雄太、後藤優征、関口雄平、佐藤恒司、中村孝秋、石田直輝、長田昂大、小坂英男
    • 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
    • Year and Date
      2017-03-14
  • [Presentation] Bow-tie cavityを用いた通信波長狭線幅2光子源の開発2017

    • Author(s)
      新関和哉、池田幸平、堀切智之、小坂英男
    • Organizer
      第12回ナノテク交流シンポジウム
    • Place of Presentation
      横浜市立大学
    • Year and Date
      2017-03-07
  • [Presentation] ダイヤモンド量子間をつなぐ2段階波長変換2017

    • Author(s)
      田村秀平、池田幸平、堀切智之、小坂英男
    • Organizer
      第12回ナノテク交流シンポジウム
    • Place of Presentation
      横浜市立大学
    • Year and Date
      2017-03-07
  • [Presentation] NV中心におおける電子・核子もつれ状態のシングルショット2017

    • Author(s)
      延與梨世、中村孝秋、加納浩輝、黒岩良太、佐藤恒司、関口雄平、小坂英男
    • Organizer
      第12回ナノテク交流シンポジウム
    • Place of Presentation
      横浜市立大学
    • Year and Date
      2017-03-07
  • [Presentation] 光子からダイヤモンド核子への量子テレポーテーション転写2017

    • Author(s)
      加納浩輝、黒岩良太
    • Organizer
      第12回ナノテク交流シンポジウム
    • Place of Presentation
      横浜市立大学
    • Year and Date
      2017-03-07
  • [Presentation] ダイヤモンドNV中心におけるマイクロ波偏光を用いた幾何学的量子もつれ操作2017

    • Author(s)
      長田昂大、石田直輝、倉見谷航洋、佐藤恒司、関口雄平、小坂英男
    • Organizer
      第12回ナノテク交流シンポジウム
    • Place of Presentation
      横浜市立大学
    • Year and Date
      2017-03-07
  • [Presentation] Quantum entanglement engineering between a photon, an electron and a nucleon2017

    • Author(s)
      小坂 英男
    • Organizer
      新学術領域ハイブリッド量子科学_第4回領域会議
    • Place of Presentation
      理化学研究所 和光事業所
    • Year and Date
      2017-02-28
  • [Presentation] 量子情報における測定とは2017

    • Author(s)
      小坂 英男
    • Organizer
      新学術領域「量子の基礎」勉強会
    • Place of Presentation
      東大駒場キャンパス 生産技術研究所
    • Year and Date
      2017-02-03
  • [Presentation] 量子通信技術の最前線 量子テレポーテーションとその通信応用2016

    • Author(s)
      小坂 英男
    • Organizer
      応用物理学会 応用電子物性分科会 研究例会
    • Place of Presentation
      首都大学東京 秋葉原サテライトキャンパス
    • Year and Date
      2016-12-06
    • Invited
  • [Presentation] 量子情報物理と光物性ー光子で操る電子と核子の量子もつれ2016

    • Author(s)
      小坂 英男
    • Organizer
      第27回光物性研究会
    • Place of Presentation
      神戸大学 百年記念会館
    • Year and Date
      2016-12-03
    • Invited
  • [Presentation] ダイヤモンドNV中心の光物性と量子情報応用2016

    • Author(s)
      小坂 英男
    • Organizer
      輻射物理学講座百周年記念 光物性シンポジウム
    • Place of Presentation
      京都大学 益川ホール
    • Year and Date
      2016-11-26
    • Invited
  • [Presentation] サブ課題D「量子力学と情報」2016

    • Author(s)
      小坂 英男
    • Organizer
      ポスト京コンピュータ萌芽的課題①サブ課題D研究会
    • Place of Presentation
      東京大学 柏の葉キャンパス
    • Year and Date
      2016-10-05
  • [Presentation] ダイヤモンド単一NV 中心におけるマイクロ波による電子と核子の量子もつれ生成と光波による量子もつれ操作2016

    • Author(s)
      加納浩輝、関口雄平、黒岩良太、田中統太、三島将太、中村孝秋、石田直輝、小坂英男
    • Organizer
      第77回応用物理学会秋季学術講演会
    • Place of Presentation
      新潟県・朱鷺メッセ
    • Year and Date
      2016-09-14
  • [Presentation] ダイヤモンド単一NV中心における縮退電子スピン量子ビットの光波による幾何学的量子回転操作2016

    • Author(s)
      石田直輝、中村孝秋、田中統太、三島将太、関口雄平、黒岩良太、加納浩輝、小坂英男
    • Organizer
      第77回応用物理学会秋季学術講演会
    • Place of Presentation
      新潟県・朱鷺メッセ
    • Year and Date
      2016-09-14
  • [Presentation] ダイヤモンド単一NV中心における共鳴光による幾何学的量子任意操作2016

    • Author(s)
      中村孝秋、石田直輝、田中統太、三島将太、関口雄平、黒岩良太、加納浩輝、小坂英男
    • Organizer
      日本物理学会2016年秋季大会
    • Place of Presentation
      金沢大学 角間キャンパス
    • Year and Date
      2016-09-13
  • [Presentation] ダイヤモンド単一NV中心における準共鳴光による電子と核子の幾何学的量子もつれ操作2016

    • Author(s)
      黒岩良太、関口雄平、加納浩輝、田中統太、三島将太、中村孝秋、石田直輝、小坂英男
    • Organizer
      日本物理学会2016年秋季大会
    • Place of Presentation
      金沢大学 角間キャンパス
    • Year and Date
      2016-09-13
  • [Presentation] ダイヤモンド単一NV中心における共鳴マイクロ波による幾何学的スピンデカップリング操作2016

    • Author(s)
      幸村雄介、関口雄平、延與梨世、長田昂大、佐藤恒司、中村孝秋、小坂英男
    • Organizer
      日本物理学会2016年秋季大会
    • Place of Presentation
      金沢大学 角間キャンパス
    • Year and Date
      2016-09-13
  • [Presentation] 量子もつれネットワークのための量子クラウドメモリーシミュレーション2016

    • Author(s)
      小坂 英男
    • Organizer
      ポスト「京」萌芽的課題「基礎科学の挑戦―複合・マルチスケール問題を通した極限の探求」キックオフミーティング
    • Place of Presentation
      東北大学金属材料研究所講堂
    • Year and Date
      2016-09-09
    • Invited
  • [Presentation] 光子・電子・核子スピン量子もつれエンジニアリング2016

    • Author(s)
      小坂 英男
    • Organizer
      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
      東京理科大神楽坂キャンパス
    • Year and Date
      2016-08-26
  • [Presentation] Photon-spin Quantum Media Conversion via Teleportation in diamond2016

    • Author(s)
      Ryota Kuroiwa, Yuhei Sekiguchi, Naeko Niikura, Joerg Wrachtrup and Hideo Kosaka
    • Organizer
      9th International Conference on Physics and Applications of Spin-Related Phenomena in Solids
    • Place of Presentation
      神戸国際会議場
    • Year and Date
      2016-08-11
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Geometrical stabilization of degenerate logical spin in diamond2016

    • Author(s)
      Yusuke Komura, Yuhei Sekiguchi, Shota Mishima, Touta Tanaka, Naeko Niikura, and Hideo Kosaka
    • Organizer
      9th International Conference on Physics and Applications of Spin-Related Phenomena in Solids
    • Place of Presentation
      神戸国際会議場
    • Year and Date
      2016-08-10
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] ダイヤモンドにおける光子・電子・核子の量子もつれと量子通信応用2016

    • Author(s)
      小坂 英男
    • Organizer
      日本学術振興会 先端ナノデバイス・材料テクノロジー第151委員会 講演
    • Place of Presentation
      理化学研究所 和光事業所
    • Year and Date
      2016-07-28
  • [Presentation] Geometric spin echo under zero field2016

    • Author(s)
      Yuhei Sekiguchi, Yusuke Komura, Shota Mishima, Touta Tanaka, Naeko Niikura, and Hideo Kosaka
    • Organizer
      13th International Conference on Quantum Communication, Measurement and Computing
    • Place of Presentation
      Singapore
    • Year and Date
      2016-07-04
    • Int'l Joint Research
  • [Remarks] 小坂・堀切研究室

    • URL

      http://kosaka-lab.ynu.ac.jp/index.html

URL: 

Published: 2018-01-16  

Information User Guide FAQ News Terms of Use Attribution of KAKENHI

Powered by NII kakenhi