2015 Fiscal Year Annual Research Report
光量子回路を用いた大規模量子もつれ状態の実現と応用
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26220712
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
竹内 繁樹 京都大学, 工学研究科, 教授 (80321959)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
横山 士吉 九州大学, 先導物質化学研究所, 教授 (00359100)
Hofmann Holger・F 広島大学, 先端物質科学研究科, 准教授 (90379909)
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| Project Period (FY) |
2014-05-30 – 2019-03-31
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| Keywords | 光子 / 光量子回路 / 光導波路 / 単一光子源 / ナノフォトニクス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
量子情報技術とは、量子力学の基本的な性質を、情報通信や情報処理に応用する試みである。光子は、光ファイバ等で長距離伝送が可能であるなど、有力な情報担体である。本研究では、目標として10光子をもつれ合わせることの可能な光量子回路を実現、大規模な多光子量子干渉「ボソンサンプリング」の実証を目指す。また、実現される多光子量子もつれ状態の量子計測への応用等も試みる。
平成26年度および27年度の延長計画において、単一光子源の開発と評価、光量子回路の構築と評価・量子計測への応用などを担当する京都大学の竹内グループ、集積光導波路を設計・製作を担当する九州大学の横山グループ、理論構築・解析を担当する広島大学のホフマングループの３グループが密接に連携しつつ、研究を進めた。
その結果、デスクトップ光量子回路に関して、非同軸パラメトリック下方変換を用いた伝令付き単一光子源について、並列化および発生光子対数識別の２つの方式を融合したハイブリッド型伝令付き単一光子源の構築に成功した(Kiyohara, et. al., Optics Express 2016)。また、オンチップ光量子回路に関しても、SiN導波路の構造や作成方法の最適化を行うと共に、導波路とリング共振器の結合状態を、位相シフトスペクトルにより評価することに成功した。また、ナノ光ファイバを用いた単一光子源に関しては、ナノ光ファイバ中に形成する微小共振器の高精度化を目ざし、Heイオンを用いた集束イオンビーム加工の検討を新たに開始した。また理論においても、量子もつれに関する理論解析ならびに量子もつれの評価法についての研究を進めた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
本研究グループは、単一光子源の開発と評価、光量子回路によるボソンサンプリング・量子計測への応用などを担当する京都大学の竹内グループ、集積光導波路を設計・製作を担当する九州大学の横山グループ、光量子回路を用いたボソンサンプリング、量子計測に関する理論構築・解析を担当する広島大学のホフマングループの３グループが密接に連携しつつ、①デスクトップ光量子回路、②オンチップ光量子回路、③ナノ光ファイバハイブリッド光子源、④理論・解析の４つの項目について研究を進めている。当初の予定以上の成果が得られており、研究は計画以上に進展している。
平成27年度および28年度の延長計画では、項目①デスクトップ光量子回路に関して、非同軸パラメトリック下方変換を用いた伝令付き単一光子源について、並列化および発生光子対数識別の双方の効果を理論的に検討、その結果、実効的損失が大きい際には並列化が、小さい際には光子対数識別の効果が高いことがわかった。さらに、それら２つの方式を融合したハイブリッド型伝令付き単一光子源を構築した。項目②オンチップ光量子回路に関しては、オンチップ光回路用のSiN導波路へポンプ光入射効率を高めるため、薄膜形成、導波路設計等の最適化、端面加工の改良を進めた。また、導波路とリング共振器の結合状態を、位相シフトスペクトルにより評価することに成功した。項目③ナノ光ファイバハイブリッド光子源に関しては、キャビティを内蔵したナノ光ファイバ中のＱ値向上についてモデル計算を実施すると共に、より微細な構造作成を目ざし、Heイオンを用いた取り組みを開始した。項目④の理論・解析に関しては、引き続きN個の単一光子の多光子量子干渉によって生成される量子もつれに関する理論解析ならびに量子もつれの評価法についての研究を進めた。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後についても、３グループが密接に連携しつつ、引き続き①デスクトップ光量子回路、②オンチップ光量子回路、③ナノ光ファイバハイブリッド光子源、④理論・解析の４つの項目について研究を進める。
項目①デスクトップ光量子回路に関しては、平成27年度に構築した非同軸パラメトリック下方変換を用いた伝令付き単一光子源について、並列化および発生光子対数識別の２つの方式を融合したハイブリッド型伝令付き単一光子源を実現、出力光子数分布を測定、余剰光子の抑制ならびに、我々の構築した理論の検証を行う。項目②オンチップ光量子回路に関しては、オンチップ光回路用のSiN導波路リング共振器の高精度化、およびハイブリッド変調デバイスの位相変調制御などの研究を進める。項目③ナノ光ファイバハイブリッド光子源に関しては、引き続きキャビティを内蔵したナノ光ファイバ中のＱ値向上についてモデル計算を行うと共に、より微細な構造作成を目ざす。また、原子間力顕微鏡を用いたマニピュレーション技術の開発を開始する。項目④の理論・解析に関しては、引き続き、N個の単一光子の多光子量子干渉によって生成される量子もつれに関する理論解析を進め、出力における量子相関を最適化について研究を進める。
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Research Products
(98 results)
