Quantum information processing using nonlinear interaction between single photons

2019 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 18K13487
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 13020:Semiconductors, optical properties of condensed matter and atomic physics-related
• Research Institution: National Institute of Information and Communications Technology
• Principal Investigator: Tsujimoto Yoshiaki 国立研究開発法人情報通信研究機構, 未来ICT研究所量子ICT先端開発センター, 研究員 (80807470)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2020-03-31
• Keywords: 量子光学 / 量子情報 / 量子通信 / 量子暗号 / 非線形光学

Outline of Final Research Achievements

Nonlinear interaction between single photons is an interesting tool to realize new quantum information processing which cannot be achieved only by using linear optics. We focus on the entanglement swapping, which is a quantum operation to connect two independently generated entangled photon pairs, via sum frequency generation (SFG) between single photons. Specifically, we developed a new system to efficiently generate and detect entangled photon pairs, and a new SFG system to efficiently induce nonlinear interaction.

Free Research Field

量子情報

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

単一光子間の非線形光学効果は光量子情報処理において非常に魅力的なツールである。例えば、量子通信においては装置無依存量子鍵配送を長距離化でき、量子計算においては量子計算機の構成を大幅に簡略化することが可能となる。当該研究期間中に実証実験を行うには至らなかったが、その為に我々が開発した量子もつれ光子対の高効率な生成/検出システムは、成功確率が低い実験や、ロスの大きいフィールド実験において有用である。また、今回開発したSFGモジュールは高効率な波長変換デバイスとして応用でき、相互作用波長が異なる物理系をリンクする際に有用である。