連結共振器による光量子エンタングルド状態の保存と取り出しの研究

2018 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 18H01149
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 吉川 純一 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 講師 (60589943)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: 量子エンタングルメント / 光パラメトリック発振器

Outline of Annual Research Achievements

二組の連結した光共振器システムの中に単一光子の重ね合わせ量子ビット状態となる量子エンタングルメントを保存し、タイミングを制御して取り出すことを目的とする。応募者らは、先行研究において、連結した光共振器に光の量子状態を閉じ込める技術を独自に開発し、それを二組用いて単一光子状態のタイミングを同期して干渉させることに成功している。この連結共振器のシステムは、将来的に様々な光の量子状態を内部に生成して閉じ込め、好きなタイミングで放出できる、万能な量子状態準備器に発展する可能性を秘めており、光を用いた量子情報技術の発展において極めて重要なものである。しかし、先行研究においては、単一光子状態という位相不敏感な状態を扱ったのみであった。エンタングルド状態等の様々な量子状態を保存するためには、光の位相情報まで保持するシステムが必要である。本研究は万能な量子状態準備器の実現に向けた一歩である。
位相の情報まで残して量子状態を保存するためには、実験的には位相のリファレンスとなるレーザー光を連結共振器に入射して、その光位相を基準として、周りの光学システムを位相同期しなくてはならない。しかし、連結共振器システムは高い閉じ込め効率を出すため、実効的な線幅をとても狭くしている。この共振線と外部から入射するリファレンス光との結合を安定にするため、実験では様々な装置を置き換えて、より安定な系を構築した。例えば、従来では変調器の変調周波数を電圧でコントロールしていたので、電圧のドリフトで周波数が変動していたところを、デジタル的に同期して決まった周波数が複数出るようにするなどの変更を行った。結果、位相敏感な状態を安定的に連結共振器内に実現できるようになった。

Current Status of Research Progress

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

Reason

位相敏感な状態を共振器内に実現するという、本研究で開発する技術の中心部分が、ほぼ完成したと考えられるため。

Strategy for Future Research Activity

二組の連結した光共振器システムを同期して動作させ、そこに跨った量子エンタングルメントを生成するため、問題点を探り、生成システムと解析システムが連動するように開発していく。

Research Products

• [Journal Article] Complete temporal mode characterization of non-Gaussian states by a dual homodyne measurement (2019)
  • Author(s): K. Takase, M. Okada, T. Serikawa, S. Takeda, J. Yoshikawa, and A. Furusawa
  • Journal Title: Phys. Rev. A Volume: 99 Pages: 033832
  • DOI: 10.1103/PhysRevA.99.033832
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Optical quantum information processing and storage (2018)
  • Author(s): Jun-ichi Yoshikawa, Yosuke Hashimoto, Hisashi Ogawa, Takahiro Serikawa, Yu Shiozawa, Masanori Okada, Warit Asavanant, Atsushi Sakaguchi, Naoto Takanashi, Fumiya Okamoto, Kan Takase, Masaya Kobayashi, Shota Yokoyama, Shuntaro Takeda, Peter van Loock, Akira Furusawa
  • Journal Title: SPIE Proceedings Volume: 10771 Pages: 107710Q
  • DOI: 10.1117/12.2320476
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Generation of a cat state in an optical sideband (2018)
  • Author(s): T. Serikawa, J. Yoshikawa, S. Takeda, H. Yonezawa, T. C. Ralph, E. H. Huntington, and A. Furusawa
  • Journal Title: Phys. Rev. Lett. Volume: 121 Pages: 143602
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.121.143602
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Quantum nondemolition gate operations and measurements in real time on fluctuating signals (2018)
  • Author(s): Y. Shiozawa, J. Yoshikawa, S. Yokoyama, T. Kaji, K. Makino, T. Serikawa, R. Nakamura, S. Suzuki, S. Yamazaki, W. Asavanant, S. Takeda, P. van Loock, and A. Furusawa
  • Journal Title: Phys. Rev. A Volume: 98 Pages: 052311
  • DOI: 10.1103/PhysRevA.98.052311
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] Purification of Photon Subtraction from Continuous Squeezed Light by Filtering (2018)
  • Author(s): J. Yoshikawa, W. Asavanant, A. Furusawa
  • Organizer: CLEO 2018, San Jose, USA
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Optical quantum information processing and storage (2018)
  • Author(s): Jun-ichi Yoshikawa, Yosuke Hashimoto, Hisashi Ogawa, Takahiro Serikawa, Yu Shiozawa, Masanori Okada, Warit Asavanant, Atsushi Sakaguchi, Naoto Takanashi, Fumiya Okamoto, Kan Takase, Masaya Kobayashi, Shuntaro Takeda, Akira Furusawa
  • Organizer: SPIE Optics + Photonics, San Diego, USA
  • Int'l Joint Research / Invited