2015 Fiscal Year Annual Research Report
中空コアフォトニック結晶ファイバを用いた微弱光の伝送とその量子制御に関する研究
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26790058
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| Research Institution | Kochi University |
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Principal Investigator |
北川 晃 高知大学, 人文社会・教育科学系, 講師 (90450684)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 量子光学 / 光導波路 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
最初に，屈折率の量子論的な記述についての考察を行った．光と原子の相互作用ハミルトニアンを与えることで，屈折率を量子論の観点から記述できることがわかった．なお，ここで得られた結果は，古典電磁気学での結果と矛盾のないものである．
次に誘電体境界面での電磁場の振る舞いについて，量子論の観点から調べた．電磁場を適切に規格化することにより，誘電体境界面における電磁場のエネルギー保存を満たした表式を得ることができた．この表記法は，量子光学で用いられるビームスプリッター演算子の表記法と矛盾のないものである．
以上の成果により，古典電磁気学的な体系と，量子光学的な記述方法の整合性が確認された．以上の手法を用いて，全反射を導波原理とする光導波路内部の電磁場の伝搬特性について，量子論的な解析を行った．特にコヒーレント状態を考えた場合，古典的な導波光学における表式に帰着する．非古典的な光であるスクィーズド状態を考えると，適当な方向にスクィージングを施すことで，電場もしくは磁場の一方の振幅を大きくし，他方を小さくしうることが明らかになった．
光導波路内部の電磁場について，クラッド部分において測定過程を導入し，「光が存在しない」場合を観測した場合の波動関数の収縮について検討した．コヒーレント状態について，ビーム伝搬法による数値的な解析を行った．測定過程の導入により電磁場の分布が乱されるため，電磁場の分布が導波モードから放射モードへ移行する場合があることがわかった．放射モードへ移行した電磁場は損失となるため，より効率的な通信を目指すためには，適切な測定過程の導入について考察する必要がある．
今回得られた知見は，従来古典電磁気学の範囲内で解析されていた，光導波路内部の電磁場の伝搬特性を量子論的に解析するために必要不可欠のものであり，量子情報通信技術の実用化につながる成果であると考えられる．
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