2023 Fiscal Year Annual Research Report
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21H01052
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | Institute for Molecular Science |
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Principal Investigator |
石崎 章仁 分子科学研究所, 理論・計算分子科学研究領域, 教授 (60636207)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 量子光 / 量子もつれ / 時間分解分光計測 / 量子散逸 / 量子ダイナミクス / 光合成エネルギー移動 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
令和4年度までの研究により、CWレーザーを用いたパラメトリック下方変換によって生成される量子もつれ光子対の非古典光子相関を利用した時間分解分光理論を開発した。しかし、一対のもつれ光子を分子系に照射して誘起される非線形光学応答は非常に弱いため、それを検出することは困難であることが予想される。この課題を克服する解決策の一つはスクイーズド光を利用することであると考える。この背景から、単一量子もつれ光子対の代わりに２モード真空スクイーズド状態を光源として時間分解分光計測が可能であるかどうかを理論的に検討した。その結果、もつれ時間が分子系のダイナミクスの時間スケールに比べて十分短い場合であれば、２モード真空スクイーズド状態を用いて時間分解スペクトルの情報を取得できることを理論的に示すことができた。さらに、もつれ光子対の二光子同時計数に基づく時間分解分光計測の可能性を検討した。時間分解分光法は、複雑分子系の動的過程を研究できる強力な実験手法の一つである。しかし、光合成光捕獲タンパク質のように多くの色素分子を含む分子系では、複数の非線形光学的寄与が存在するため、スペクトルが複雑となり、解釈が困難となることがある。この問題を解決するため、量子もつれ光子対の二光子同時計数に基づく時間分解分光法を理論的に提案した。解析の結果、もつれ光子対の二光子計数検出を利用することで特定の非線形光学的寄与を選択的に除去できることを理論的に明らかにした。この選択的除去は古典的なコヒーレント光では実現できず、光の非古典的相関がもたらす有用性を理論的に示した。
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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
光の非古典相関により特定の非線形光学過程からのシグナルを選択的に除去できることを明らかにできたことは当初の目標でもあり、おおむね順調に研究が進展していると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和６年度の目標は、スクイーズド状態を含む量子光が分子系に誘起する非線形光学応答について解析し、時間分解計測に対する光の非古典相関がもたらす効果を明確にすることである。令和５年度では、量子もつれ光子対の二光子同時計数検出に基づく時間分解量子分光を定式化した結果、光の非古典相関により特定の非線形光学過程からのシグナルを選択的に除去できることを明らかにし、時間分解量子分光の有用性を理論的に示した。そこで、令和６年度では、スクイーズド状態を含む現実的なパラメトリック下方変換の条件下で生成される量子光の場合における時間分解量子分光理論への展開について検討する。また、量子分光技術の複雑分子系への適用に向けて、複雑分子系におけるGlauberの二次相関関数に基づく量子分光計測理論の可能性について検討を行う。
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