2022 Fiscal Year Research-status Report
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22K03490
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| Research Institution | National Institute of Information and Communications Technology |
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Principal Investigator |
逵本 吉朗 国立研究開発法人情報通信研究機構, 未来ICT研究所小金井フロンティア研究センター, 研究員 (80807470)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 量子光学 / 量子情報 / 単一光子 / 量子通信 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、単一光子に対する高分解能周波数測定技術を確立することを目標に研究を行っている。この目標を達成するためには、(1) 単一光子検出器と微弱局発光(local oscillator, LO)を用いたヘテロダイン測定技術、(2) 狭帯域光子生成を実現する必要がある。今年度は、(1)に関して、超伝導単一光子検出器(SSPD)とアセチレン安定化レーザーを組み合わせたヘテロダイン測定器を立ち上げ、単一光子レベルに弱めた自然放射増幅光の周波数測定に成功した。波長1550nm付近で広い周波数幅を有する自然放射増幅光を生成した後、透過線幅24MHz、自由スペクトル領域1.47GHzの共振器へ入力することで、くし型のスペクトル構造を持つ光を生成した。その光を単一光子レべルまで減衰させ、LOと共にSSPDへ入力することにより、共振器の設計値と近い値のビート信号を検出することに成功した。
さらに、LOと未知の量子状態にあるターゲット光子との強度干渉信号から、量子状態トモグラフィ(Quantum state tomography. QST)を行う手法を開発した。この手法では、従来のQSTで必要であった能動的なデバイスを全てLOの準備系に移行することで、ターゲット光子のモードには受動的なビームスプリッターだけを配置するだけでよい。従って、様々な物理自由度にエンコードされた量子状態の推定に適用可能である。この成果については米国物理学会誌Physical Review Appliedに掲載された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初の研究計画通り、単一光子検出器を用いて単一光子レベルの強度の光の高分解能周波数測定を実施した。具体的には、共振器を通した微弱自然放射増幅光とLOの間の相互ヘテロダインビートを観測し、2GHz以上のダイナミックレンジでビート信号を得ることに成功した。また、最終目標である非古典光の高分解能周波数測定に向けて、狭線幅な非古典光源の立ち上げにも着手しており、当初の計画通り順調に進展していると言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度内に、ヘテロダイン測定器の立ち上げ及び評価を完了できたので、今後は周波数の測定対象となる非古典光源の立ち上げを行う予定である。具体的には、共振器内部に周期分極反転KTP結晶を配置した光子対源を立ち上げる。光子対の検出レートから、周波数測定を行うのに十分な輝度を有するかを評価し、共振器のデザインへ適宜フィードバックする。最後に、生成された光子対の片割れをヘテロダイン測定器へ入力して周波数測定を実施する。
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| Causes of Carryover |
周波数安定化レーザーを別の予算で調達したため次年度使用額が生じた。次年度の非古典光源の立ち上げに必要な光学素子等の調達に予算を充てる。
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