2013 Fiscal Year Annual Research Report
量子フィードバック制御による光の非ガウス状態の生成
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25289127
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Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
津村 幸治 東京大学, 情報理工学(系)研究科, 准教授 (80241941)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
大木 健太郎 京都大学, 情報学研究科, 助教 (40639233)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 制御理論 / 量子光学 / 数理物理 |
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| Research Abstract |
本研究の目的は，量子計算・量子通信等で重要な光の非ガウス状態を，汎用的およびノイズ・モデル化誤差に対して頑健な量子フィードバック制御により生成する理論と手法を確立することである．特に，汎用性のある光学系に対して量子制御理論に裏付けされた非線形量子フィードバック制御を施すことによって実現することを考える．具体的には次の課題の解決を目指している．課題(1) 非ガウス状態を実現する光学系（含む観測系・操作系）のクラスの特定と設計．課題(2) 量子フィルタと制御則の導出および実現可能な非ガウス状態のクラスの特定．課題(3) 制御性能と汎用性の検証．このうち平成25年度では次の結果を得た．課題(1) 量子系，測定系，光子の注入と場のハミルトニアンを可変とする操作系との組み合わせを考え，場のハミルトニアンを制御することにより，系の非線形性を励起させ非ガウス状態を生成することを考え，それを実現する光学系の一つを特定した．課題(2) 先の光学系における量子フィルタの方程式の候補を導出した．またこのフィルタ方程式の上で，量子状態等のフィードバックにより，非ガウス状態が生成されることを，数値実験により確認した．ただしフィルタ方程式中で用いられている物理現象の数理モデルの確からしさの検証が必要であり，その解明を今後の課題とする．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
平成25年度における本来の計画では，課題(1)における光の非ガウス状態を実現するクラスの特定と，課題(2)における量子フィルターおよび安定化フィードバック則を導くことを目指していた．現在，前者においてはクラスの特定には至らず，有力候補の系の1つが提案できたのにとどまっている．また後者においては，物理現象の数理モデルの確からしさの検証が必要であり，完全な課題解決には至っていない．
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| Strategy for Future Research Activity |
平成26年度は本来，課題(1)および課題(2)の完成時期としており，研究メンバー相互の密な議論により，平成25年度の研究計画の遅れを取り戻すことが可能であると考えている．また平成26年度以降はさらに，課題(3)，つまり課題(2)で得られる制御系のH2規範に基づく制御性能評価と，実現される非ガウス状態生成システムの量子情報システムにおける汎用性評価に着手する．
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
平成25年度に検討していた2つの課題，つまり課題(1)における，光の非ガウス状態を生成する光学系のクラスの特定と設計，および課題(2)の，量子フィルタの導出とそれに基づく量子フィードバックによる，非ガウス状態の安定化制御則の導出，のそれぞれにおいて，理論的考察と試行的な簡易数値実験の実施に時間を要したため，本来の使用目的である高速計算機の導入を次年度に延期するのが適当と判断した．
課題(1)および(2)の理論的考察の完成後，高速計算機を導入し，それを用いた精緻な数値実験により，理論の検証を行う．そのため，平成25年度予算の繰り越し予算で，高速計算機の購入を予定している．
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