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

2022 Fiscal Year Annual Research Report

標準量子限界を超える光計測に向けたパルススクイージングの極限性能の追求

Research Project

Project/Area Number 22J21611
Allocation TypeSingle-year Grants
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

田口 富隆  東京大学, 工学系研究科, 特別研究員(DC1)

Project Period (FY) 2022-04-22 – 2024-03-31
Keywords量子光学 / スクイージング / 最適化 / 非線形光学 / ユニタリ変換 / 多面光波変換 / 行列最適化
Outline of Annual Research Achievements

真空場スクイージングは量子光学における基本的な操作の一つである。この操作を長時間安定して高いパフォーマンスで行うための手法を提案し、理論的な検討を行った。数値計算に基づいて得られる信号の性質を明らかにして、結晶の位相不整合量に対して線形に変化する性質の良い誤差信号が得られることがわかった。本提案手法では、スクイージング時に実験を停止させることなく系へのフィードバックを連続的に行うことができる。研究内容は査読付き国際学会CLEO-PRに投稿して採択され、当該年度に現地にて発表を行った。

量子光学や光コンピューティングで注目を集めているユニタリ変換の構成法であるMultiplane light conversion(MPLC)法について、所望のユニタリ変換に高速に収束させるための構造及び反復的なアルゴリズムの提案をし、理論的な検討と数値計算に基づいて有用性を明らかにした。本手法は、これまで知られていた手法よりも実現するユニタリ行列の誤差を数桁オーダーで改善することができ、また収束までにかかるスピードも20倍以上高速化することができる。主研究に付随して、それまで明らかとなっていなかったユニタリ行列上のフロベニウスノルムに関するいくつかの性質を数学的に示し、この分野における公正な性能比較の基準を与えた。また、強度検出のみを用いた系に特に有用なノルムを構成した。以上の成果は、量子光学や光コンピューティングにおいて、スケーラブルで忠実度が高い計算を達成するための新たな選択肢を与える。研究内容は主著者・責任著者として論文としてまとめPhysical Review Appliedに投稿し、受理され、出版を待っている。また、査読付き国際学会CLEO-Europeに投稿し採択され、今年度発表予定である。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

Mltiplane light conversion(MPLC)方に基づいたユニタリ変換回路の最適化は当初の計画になかった研究テーマであるが、それまで知られていた手法に対して合成精度・速度の面で大きな利点を有する新しい手法を開発することが出来た。また、当分野で整備されていなかった数学的な基礎部分も整理することで、研究分野に大きく貢献する成果が得られた。量子光学の研究の方向性として、当初予定していた生成・測定から、その応用分野にまで射程を広げることが出来た。
非線形光学効果の位相不整合を検出する研究に関しては、国際会議に採択され発表を行い、実証を行うための実験的な検討と設計を進めた。
位相制御系に関しては、システム同定に立脚したモデルベース制御を行うための基礎的な技術準備を終えることが出来た。

Strategy for Future Research Activity

ユニタリ変換回路の最適化を更に推し進め、量子力学応用にとどまらず、機械学習への応用も見据えた理論の拡張を行う。具体的には、光回路で実装されるユニタリ変換が複素数ベースの演算に対応するところを、実数行列で表される一般的な線形変換にも対応できるような手法を開発する。また、実際の応用の際に問題となるキャリブレーションを容易に行うための検討も行う。
非線形光学効果の位相不整合検出系の実験系の構築を完了し、理論の実証を行う。実際に検出された信号を実験時にフィードバックすることで、セットアップや調整が容易になることを確認する。
位相制御系にモデルベース制御手法を適用し、より高度な制御器を系に対して実装することで、さらに位相雑音が少ない系を実現する。制御器そのものだけでなく、電気回路の最適化も併せて進める。

  • Research Products

    (9 results)

All 2022

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 1 results) Presentation (7 results) (of which Int'l Joint Research: 5 results)

  • [Journal Article] Quantum-enhanced stimulated Raman scattering microscopy in a high-power regime2022

    • Author(s)
      Xu Zicong、Oguchi Kenichi、Taguchi Yoshitaka、Takahashi Shun、Sano Yuki、Mizuguchi Takaha、Katoh Kazuhiro、Ozeki Yasuyuki
    • Journal Title

      Optics Letters

      Volume: 47 Pages: 5829~5829

    • DOI

      10.1364/OL.473130

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Stimulated Raman scattering spectroscopy with quantum-enhanced balanced detection2022

    • Author(s)
      Xu Zicong、Oguchi Kenichi、Taguchi Yoshitaka、Sano Yuki、Miyawaki Yu、Cheon Donguk、Katoh Kazuhiro、Ozeki Yasuyuki
    • Journal Title

      Optics Express

      Volume: 30 Pages: 18589~18589

    • DOI

      10.1364/OE.456653

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] Quantum-enhanced stimulated Raman scattering imaging in a high-power regime2022

    • Author(s)
      Zicong Xu, Kenichi Oguchi, Yoshitaka Taguchi, Shun Takahashi, Yuki Sano, Takaha Mizuguchi, Kazuhiro Katoh, and Yasuyuki Ozeki
    • Organizer
      2022年第83回応用物理学会秋季学術講演会
  • [Presentation] 真空場スクイージングのための光パラメトリック増幅のin situ位相不整合検出法2022

    • Author(s)
      田口 富隆, 小関 泰之
    • Organizer
      第83回応用物理学会秋季学術講演会
  • [Presentation] Stimulated Raman scattering imaging with quantum-enhanced balanced detection2022

    • Author(s)
      Zicong Xu, Kenichi Oguchi, Yoshitaka Taguchi, Yu Miyawaki, Yuki Sano, Shun Takahashi, Fumiya Harashima, Donguk Cheon, Kazuhiro Katoh, Yasuyuki
    • Organizer
      15th Pacific Rim Conference on Lasers and Electro-Optics (CLEO-PR)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] In situ detection of phase mismatching in optical parametric process for vacuum squeezing2022

    • Author(s)
      Yoshitaka Taguchi, Yasuyuki Ozeki
    • Organizer
      15th Pacific Rim Conference on Lasers and Electro-Optics (CLEO-PR)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Entropy of Mode Mixers for Optical Unitary Converter based on Multi-Plane Light Conversion2022

    • Author(s)
      Ryota Tanomura, Yoshitaka Taguchi, Rui Tang, Takuo Tanemura, Yoshiaki Nakano
    • Organizer
      15th Pacific Rim Conference on Lasers and Electro-Optics (CLEO-PR)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Rapidly convergent fabrication-error-tolerant unitary processor using few-layer-redundant multi-plane light conversion2022

    • Author(s)
      Yoshitaka Taguchi, Yunzhuo Wang, Ryota Tanomura, Takuo Tanemura, Yasuyuki Ozeki
    • Organizer
      CLEO-Europe 2023
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Quantum-enhanced stimulated Raman scattering spectroscopy in dual-polarization scheme2022

    • Author(s)
      Zicong Xu, Kenichi Oguchi, Sho Nitanai, Yoshitaka Taguchi, Yuki Sano, and Yasuyuki Ozeki
    • Organizer
      CLEO-Europe 2023
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2023-12-25  

Information User Guide FAQ News Terms of Use Attribution of KAKENHI

Powered by NII kakenhi