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

2022 Fiscal Year Annual Research Report

境界条件制御によって切り拓く量子ウォークの新たな応用

Research Project

Project/Area Number 20H01828
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

岡本 亮  京都大学, 工学研究科, 准教授 (10435951)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 小布施 秀明  北海道大学, 工学研究院, 准教授 (50415121)
Project Period (FY) 2020-04-01 – 2024-03-31
Keywords量子ウォーク / 量子光学 / 量子探索 / 量子シミュレーション
Outline of Annual Research Achievements

本研究では、量子ウォークの境界条件として、2次元系において並進対称性を持つヘリカル境界条件に着目、光子を用いた新しい時間発展プロトコルで実現する。これにより、新たな量子シミュレーションや、量子探索アルゴリズムの実装といった応用が期待できる。令和4年度は、(1)光子の高速ゲーティング法の検証に関する研究と(2)量子ウォーク時間発展部分の構築に向けた準備、および(3)高次元量子ウォークを用いた量子探索アルゴリズムに関する理論の3つの項目に関して研究を進めた。
項目1に関しては、当初の研究計画では、電気光学素子を使った高速ゲーティング法により単一光子性を担保することを構想していた。しかし、本研究で用いる花弁状ビームを電気光学素子で高速にゲーティングすることは困難であることが分かった。そこで、電気光学素子を用いないで、特定時間幅の光子のみを検出可能なイメージインテンシファイア付きCCDカメラシステムを用いる手法を考案、実験系の構築を進めた。
項目2に関しては、量子ウォークの時間発展に必要な偏光サニアック干渉計の設計および、必要な光学素子の購入を進めた。
項目3に関しては、空間次元が3次元以上の量子ウォークを用いた量子探索アルゴリズムに関する研究を進めた。2次元量子ウォークでは最適探索時間のサイト数依存性に補正項が加わるため、古典探索よりは高速であるが、グローバー・アルゴリズムによる最短探索時間を達成できない。そこで、空間次元が3次元以上の高次元2内部自由度量子ウォークに対し、グローバー・アルゴリズムの適用を試みた。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

令和4年度は、令和3年度までの花弁状ビームの生成の研究を踏まえ、光子の高速ゲーティング法を検証した。その結果、当初計画のままでは、単一光子性の担保に問題が発生することを発見した。そこで、電気光学素子を使わない新たな手法を考案、それを踏まえて実験系の再設計を行った。また、量子ウォークの時間発展に必要な偏光サニアック干渉計の設計及び、実験系の構築の準備を進めた。さらに、理論的な検討についても、空間次元の拡張について研究を進めた。以上のように、ヘリカル境界を有する量子ウォークの実現に向けて着実に研究が進展している。

Strategy for Future Research Activity

令和5年度は、令和4年度で得た知見をもとに、花弁状のサイトを持った量子ウォーク系の時間発展を実現する。そのために、ダブプリズムを用いたサニアック偏光干渉計を完成させ、そこに特定の初期状態に対応する花弁状ビームを入力、量子ウォークの時間発展が実現できることを確認する。また、本研究の応用に向けた検討を進める。

  • Research Products

    (13 results)

All 2023 2022

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results) Presentation (11 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results)

  • [Journal Article] Proposal of multidimensional quantum walks to explore Dirac and Schrdinger systems2023

    • Author(s)
      Manami Yamagishi, Naomichi Hatano, Ken-Ichiro Imura, and Hideaki Obuse
    • Journal Title

      Physical Review A

      Volume: 107 Pages: 042206-1--14

    • DOI

      10.1103/PhysRevA.107.042206

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Topological phases protected by shifted sublattice symmetry in dissipative quantum systems2022

    • Author(s)
      Makio Kawasaki, Ken Mochizuki, and Hideaki Obuse
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 106 Pages: 035408-1--9

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.106.035408

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 接合系における非エルミート・トポロジカル相のバルクエッジ対応2023

    • Author(s)
      ファン ゴンフィ, 小布施 秀明
    • Organizer
      日本物理学会2023年春季大会
  • [Presentation] 2次元量子ウォークの提案:有効Diracハミルトニアンと(高次)トポロジカル相2023

    • Author(s)
      山岸愛, 羽田野直道, 井村健一郎, 小布施秀明
    • Organizer
      日本物理学会2023年春季大会
  • [Presentation] Localizations in Non-Unitary Quantum walks with Point Gap Topology2022

    • Author(s)
      Hideaki Obuse, Ryo Okamoto, Naomichi Hatano, Kousuke Yakubo, and Norio Kawakami
    • Organizer
      Localisation 2022
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Multifractality at the Anderson Transition of 1D Non-Unitary Quantum Walks2022

    • Author(s)
      Hideaki Obuse, Kousuke Yakubo, and Naomichi Hatano
    • Organizer
      29t International conference on Low Temperatures
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Topological phases protected by shifted sublattice symmetry in open quantum systems2022

    • Author(s)
      Makio Kawasaki, Ken Mochizuki, Hideaki Obuse
    • Organizer
      29t International conference on Low Temperatures
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Topological phases protected by shifted sublattice symmetry in dissipative quantum systems2022

    • Author(s)
      Makio Kawasaki, Ken Mochizuki, and Hideaki Obuse
    • Organizer
      Ultracold Atoms Japan 2022
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 1次元非エルミート量子ウォークのアンダーソン転移におけるマルチフラクタル性2022

    • Author(s)
      小布施 秀明, 京極 淳人, 矢久保 考介, 羽田野 直道
    • Organizer
      日本物理学会2022年秋季大会
  • [Presentation] PT対称な散逸量子系におけるトポロジカル相2022

    • Author(s)
      河崎 真樹男, 小布施 秀明
    • Organizer
      日本物理学会第77回年次大会(2022年)
  • [Presentation] 非エルミートハミルトニアンによるネットワーク上の量子輸送2022

    • Author(s)
      羽田野 直道, 井村 健一郎, 川畑 幸平, 小布施 秀明
    • Organizer
      日本物理学会2022年秋季大会
  • [Presentation] 二次元非エルミート量子ウォークによる量子アクティブ粒子の運動2022

    • Author(s)
      山岸 愛, 羽田野 直道, 小布施 秀明
    • Organizer
      日本物理学会2022年秋季大会
  • [Presentation] ヘリカル境界条件を有する2次元量子ウォークの実現に向けてI ~ 花弁状ビームの生成と評価 ~2022

    • Author(s)
      岡本悠太郎,小布施秀明,竹内繁樹,岡本 亮
    • Organizer
      量子情報技術研究会 QIT46

URL: 

Published: 2024-12-25  

Information User Guide FAQ News Terms of Use Attribution of KAKENHI

Powered by NII kakenhi