2017 Fiscal Year Research-status Report
ストレートフォワード型多光子干渉回路を用いた光量子シミュレータの開発
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17K05082
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| Research Institution | Nihon University |
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Principal Investigator |
行方 直人 日本大学, 理工学部, 准教授 (20453912)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
鹿野 豊 東京大学, 先端科学技術研究センター, 特任准教授 (80634691)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 量子シミュレータ / 偏波保持ファイバ / 相関光子対 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
近年、万能ゲート型量子計算機より実装が容易であると考えられる非万能量子計算が注目されている。しかし、それらの大規模実装に関しては、平面光回路技術の進歩とともに規模拡大が試みられているものの、未だ道半ばである。本研究は、偏波保持ファイバ（PMF）系による極めて簡素かつ低損失な系による多光子干渉回路を提案し、それによって非万能量子計算の大規模実装が可能かを検証するものである。29年度においては、PMF系による多光子干渉計の原理検証実験を行った。
PMF2本をそれらのスロー軸方向が45度となるように接続し、その接続点におけるスロー軸‐ファスト軸モード間の干渉を試みた。実験では、タイプII型の周期分極反転ニオブ酸リチウム結晶から発生した直交偏光光子対を使用し、1光子干渉および2光子干渉を、95%を超える良好な明瞭度と共に観測し、偏波自由度と時間自由度を利用した光量子状態制御と演算が、直線的に接続されたPMFのみで可能となることを明らかとした。
次に、光子対パルスの間隔（繰り返し周波数）を10GHzまで向上させ、量子状態制御をより短いPMFで実現させることを試みた。現在のところ、パルス幅~20 ps、繰り返し10GHz、波長1550nmの基本レーザーの構築が完了し、今後は、周波数逓倍、パラメトリック下方変換を通した光子対源とする予定である。
上記の通り、量子シミュレーションに使用する光パルスの繰り返し周波数は10GHzにまで達している。そのため、1量子演算に必要なPMFの長さは～50m程度と見積もられた。現在、この長さにおけるPMFのスロー軸-ファスト軸間の相対的光学的距離の揺らぎの評価を行っている。光学的距離の揺らぎを1/10波長程度まで抑圧することを目標としており、要求される水準のPMF温度安定化を早期に達成し、量子シミュレータ回路の実装へ進みたい。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
偏波保持ファイバ（PMF）をカスケード接続した系によって、1光子干渉、2光子干渉（量子干渉）が可能であるところまでは実験的にも成功している。一方、本年度中に終了を予定していたPMF長さの揺らぎ（温度、圧力等の環境揺らぎに起因する）の精査を現在進めており、この作業分、遅延が生じている。
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| Strategy for Future Research Activity |
研究課題の推進方法自体の変更は特にない。29年度内に終了できなかったファイバ長の揺らぎに関する測定をできるだけ早く終了させ、最も単純な量子シミュレータである量子ウォーク回路の実装に着手したい。
ファイバ長の安定化には、当初、ペルチェ冷却器による温度安定化を検討していた。しかし、当初の予測よりもやや低いファイバ長安定度しか得られていない。そこで、新規手法（ここでは詳細は述べない）による解決を試みている。また、当初は、繰り返し周波数を2GHzとするとしていたが、研究実績で述べた通り、それを10GHzまで向上させた。それにより、必要な偏波保持ファイバの長さは1/5となり、より高いファイバ長安定性が得られると考えられる。
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| Causes of Carryover |
実験に使用するパルスレーザーシステムの繰り返し周波数を当初予定していた2GHzから10GHzへ変更したため、購入物品（光強度変調用エレクトロニクス）を変更したのが主な理由である。それに伴い、購入数を少なくした物品（光部品）があり、そのために差額が生じた。
その差額分（次年度使用額）は30年度予算と合わせ、それを購入するために使用する。
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