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2023 Fiscal Year Annual Research 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

Research Project

Project/Area Number 21K18902
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

金田 文寛  東北大学, 理学研究科, 教授 (80822478)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) BAEK SOYOUNG  東北大学, 電気通信研究所, 助教 (70826172)
Project Period (FY) 2021-07-09 – 2024-03-31
Keywords光子 / 光スイッチ / 量子光学
Outline of Annual Research Achievements

本研究では、量子情報処理における低損失性、高速性の両方を満たす単一光子のスイッチング手法として光ファイバー内部で起こる、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た。
本年度は、研究期間内の2度目の異動のため、光学系の再度構築やレーザー光の立ち上げを実施した後、光ファイバーの励起による偏光特性やノイズ特性の評価を実施した。その結果、1550 nmゲートパルスによる1300 nm帯のノイズ光子発生確率が1パルスあたり10の-7乗程度であることを観測した。また、光ファイバーによる偏光回転の波長依存性はあるものの、実験室内で安定であるため、ファイバーから出力される光子が受ける一定のオフセット回転を補償すれば、スイッチとして有効であることも判明した。したがって、波長差を持ったゲート光とシグナル光子の低損失な群速度不整合カー効果の実証は有効であると考えられる。しかし、実験では単一モード光ファイバーの非線形性に対し、必要なゲート光のパルスエネルギーが5倍程度不足していることが判明し、現在の実験設備で対応することができなかったしかしながら、今後ファイバーアンプ等を用いた光パルスの増幅を導入すれば、要求されるパルスエネルギーは達成可能であり、単一光子の低損失偏光回転を実証するための展望は開けたと考えられる。
その他、研究提案時にはなかった研究の展開として、1300 nm帯での単一光子発生手法において、分極構造の制御による高い純粋度を もつ伝令付き単一光子発生法を発見した。これは光通信Oバンドにて高精度な光量子情報処理を実現するための重要光源となる可能性をもつ。 さらに、電気光学効果による偏光状態に依存しない、世界で最も低損失な新たな単一光子スイッチング手法が実証されたことも本研究の重要成果である。

  • Research Products

    (10 results)

All 2024 2023

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results,  Open Access: 1 results) Presentation (9 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results)

  • [Journal Article] Low-loss polarization-maintaining optical router for photonic quantum information processing2024

    • Author(s)
      Wang Pengfei、Baek Soyoung、Edamatsu Keiichi、Kaneda Fumihiro
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: 63 Pages: 040901~040901

    • DOI

      10.35848/1347-4065/ad3533

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] Engineering Spatial Entanglement of Photon Pairs Generated from Parametric Down-Conversion2023

    • Author(s)
      Soyoung Baek, Fumihiro Kaneda, Yasuyoshi Mitsumori, and Keiichi Edamatsu
    • Organizer
      Optica Quantum 2.0 Conference and Exhibition
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Experimental Single-qubit Variable-strength Measurement Using a Quantum Computer2023

    • Author(s)
      Tingrui Dong, Soyoung Baek, Fumihiro Kaneda, and Keiichi Edamatsu
    • Organizer
      Optica Quantum 2.0 Conference and Exhibition
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Spectrally Pure Heralded Single Photons at Telecommunication O-Band from a Custom-Poled KTiPO4 Crystal2023

    • Author(s)
      Wu-Hao Cai, Rui-Bo Jin, Keiichi Edamatsu, and Fumihiro Kaneda
    • Organizer
      Optica Quantum 2.0 Conference and Exhibition
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Time Multiplexing for High-Efficiency Generation of Single and Entangled Photons2023

    • Author(s)
      Fumihiro Kaneda
    • Organizer
      IWSQMD2023
  • [Presentation] Electro-optic switch towards polarization-independent single-photon routing II2023

    • Author(s)
      Pengfei Wang, Keiichi Edamatsu, Fumihiro Kaneda
    • Organizer
      日本物理学会 年次大会
  • [Presentation] 変調された分極反転KTiOPO4結晶による高不可識別性光子対の発生2023

    • Author(s)
      狩野信茂, 枝松圭一, 金田文寛
    • Organizer
      日本物理学会 年次大会
  • [Presentation] Spectrally Pure Heralded Single Photons at Telecommunication O-Band from a Custom-Poled KTiPO4 Crystal2023

    • Author(s)
      蔡吾豪, 枝松圭一, 金田文寛
    • Organizer
      日本物理学会 年次大会
  • [Presentation] 量子コンピュータにおける一般化非破壊完全ベル測定の実証2023

    • Author(s)
      Tingrui Dong, Beak Soyoung, 金田文寛, 枝松圭一
    • Organizer
      日本物理学会 年次大会
  • [Presentation] パラメトリック下方変換により発生した光子対の位置-運動量エンタングルメント制御2023

    • Author(s)
      Wenrui Li, Soyoung Baek, 枝松圭一
    • Organizer
      日本物理学会 年次大会

URL: 

Published: 2024-12-25  

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