2021 Fiscal Year Research-status Report
単一光子の決定論的スイッチングを可能にする光ファイバー内群速度「不整合」カー効果
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21K18902
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
金田 文寛 東北大学, 学際科学フロンティア研究所, 助教 (80822478)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
BAEK SOYOUNG 東北大学, 電気通信研究所, 助教 (70826172)
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| Project Period (FY) |
2021-07-09 – 2023-03-31
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| Keywords | 光子 / 光スイッチ / 量子光学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
単一光子は量子情報処理における有力な量子ビット媒体であり、その操作には極限の低損失化、高速化、高精度化が要求されている。しかし、ほぼ全ての光スイッチング素子は、その物理的大きさによって、低損失性か高速性の一方しか達成できていない。本研究では、現在成功的に商用化されている数少ない低損失光閉じ込めデバイスである光ファイバーと、その内部で起こる、高速な光パルスの重なりに基づく全光学的単一光子スイッチングの実証を目標として研究を実施している。
本年度では、自由空間から導入されるゲート用レーザー光や単一光子の光ファイバーへの導入及び取り出しを行うための光学系設計と必要機器導入を実施した。光学系は低損失が要求される光通信Oバンドのでの損失を最優先で最適化しながら、ゲート光として利用するCバンドでのファイバー結合も高効率となる光学系を設計し、その必要機器および素子の選定した。また、ファイバー結合光学系構築を開始した。次に、1300 nm帯での単一光子発生手法の検討と、その理論的な性能見積りを実施した。その結果、光子のペアを発生させる自発パラメトリック下方変換における新たな群速度整合条件を発見した。この群速度整合条件は、高い不可識別性をもつ伝令付き単一光子発生を可能にするものであり、本研究の単一光子スイッチングの実証に有用となることがわかった。
さらに、従来の電気光学スイッチングでは困難であった、偏光状態に依存しない新たな単一光子スイッチング手法を考案し、その原理検証実験に成功した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
当初の計画であった光ファイバー内での全光学的スイッチの開発に加えて、新たな電気光学スイッチの提案とその原理の実証に成功したことが理由である。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの理論計算に基づき、伝令付き単一光子発生源の開発を実施する。ファイバー光学系については前年度に引き続き構築を実施し、まず古典光源を用いたスイッチングの検証を行う。その後、伝令付き単一光子のスイッチング実証実験を行う。
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| Causes of Carryover |
本年度予算では、光子検出用の時間相関解析器（約115万円）の購入を予定していたが、別プロジェクトの予算で入手でき、本プロジェクトでも共用が可能となったため、購入しなかった。一方で、次年度には高い純粋度をもつ光子発生のために複雑な分極構造をもつ結晶を購入する予定であり、その購入費用として充てたいと考えている。
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