2014 Fiscal Year Research-status Report
一次元量子光学系を使った単一光子による決定論的量子操作の理論
| Project/Area Number |
25400417
|
|---|
| Research Institution | Tokyo Medical and Dental University |
|---|
Principal Investigator |
越野 和樹 東京医科歯科大学, 教養部, 准教授 (90332311)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
|
| Keywords | 量子光学 / 導波路ＱＥＤ / 量子情報処理 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
前年度確立した「着衣状態エンジニアリング」の手法を応用した「マイクロ波単一光子検出器」の実現可能性について，理論面から考察した．考察の対象とするのは，ドライブされた超伝導量子ビットと共振器とが分散的に結合した系である．この系においてドライブ光の周波数およびパワーを適切な値に調整すると，量子ビット－共振器系の着衣状態により「インピーダンス整合Λ系」と称される輻射崩壊レートの揃ったΛ系を構築することができる（Λモード）．この状態では，単一入射光子により超伝導量子ビットを決定論的に励起することが可能となる．一方，ドライブ光を切断すると，本系は超伝導量子ビット状態によって共鳴周波数の異なる共振器としてはたらくため（Ｉモード），プローブ光を反射させてその位相シフトを測定することにより，超伝導量子ビット状態の量子非破壊測定が可能となる．これら二つのモード間の切り替えは，ドライブ光パワーを時間的に滑らかに変化させることによって，断熱的にスイッチすることが可能である．以上の動力学を，（１）ドライブ光を印加し，マイクロ波パルス中の光子数（０または１）を超伝導量子ビット（基底または第一励起状態）へと転写する「捕獲過程」，（２）ドライブ光を切断し，プローブ光を共振器へと照射して超伝導量子ビットの量子状態を読みだす「読み出し過程」，（３）再びドライブ光を印加してΛ系を構成し，リセット光の照射により超伝導量子ビットを基底状態へと戻す「リセット過程」，のように組み合わせることによって，時間ゲートモードで動作するマイクロ波光子検出器を構成することができる．本検出器には，信号パルスの時間波形によらずに９０％超の高効率を達成できる，暗係数が無い，短時間でリセット可能であり高繰り返しレートを達成できる，といった特長がある．
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
平成２６年度の目標であった，着衣状態エンジニアリングの応用によるマイクロ波光子検出器理論を確立することができ，十分な性能を発揮することを確認できた．また，それらは既存の超伝導回路ＱＥＤデバイスに立脚しているため，実証実験も行いやすいと期待できる．
|
| Strategy for Future Research Activity |
本年度開発した単一マイクロ波光子検出器では，ひとつの量子ビット－共振器結合系をΛモード・Ｉモードの二つのモードとして使うために，その動作が，有限の時間内に光子が到着したか否かを判断する「時間ゲートモード」に限定されている．これを任意の光子到着時刻に対応可能な「連続測定モード」へと拡張する可能性について検討する．
|
| Causes of Carryover |
物品費としてハードディスクやＵＳＢメモリなどの電子記録媒体を想定していたが，昨年度に使用したものを再利用することなどにより，物品費としての支出が想定よりも少なく済んだため．
|
| Expenditure Plan for Carryover Budget |
本年度の物品費として使用する．
|
Research Products
(13 results)
