2014 Fiscal Year Research-status Report
タイミング制御された伝令付き単一光子による二光子干渉の研究
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26800211
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
吉川 純一 東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (60589943)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 量子光学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
伝令付きの手法により、単一光子は高純度に生成可能であるが、その生成タイミングが本質的にランダムであることが問題となる。しかし、連結した光共振器のスイッチングを用いて、ランダムに生成された光子を必要となるまで保存し、好きなタイミングで取り出せることが我々の先行研究から分かっている。タイミングコントロールによって二つの光子を同期させ干渉させることが本研究の目的である。量子メモリーを用いた光子の同期は、光子を用いた量子計算や量子中継に必要とされる技術である。本研究は、そうした将来の応用に向けた基礎技術となり得るものを、一般的な物質系のメモリーではなく、我々独自の全光的な量子メモリーで行うものである。
今年度は、まず、二台の連結共振器を作製し、放出される単一光子が同じ波束形状を持つことを確認した。次に、共振器長の制御等を二台同時に安定的に行え、エラー発生時に自動で復帰する電子制御系を構築した。そして、二光子干渉実験を行い、干渉後の状態をホモダイン測定器で測定した。ホモダイン測定は、光子検出測定と異なり、局部発振光との干渉を用いて波束モードを切り出して測定を行えるうえ、そのモードのコヒーレントな重ね合わせ状態を量子トモグラフィ―により推定できるという特長を持つ。結果、ウィグナー関数が負の値を持つ高純度の単一光子状態を二つ同期して干渉させることに実験的に成功した。また、その過程で、干渉後の量子状態の波の基底における表現を実験的に初めて明らかにした。ウィグナー関数とは量子状態を表現する擬確率分布であり、それが負値を持つとき古典的な確率分布では模倣できなくなる。干渉実験成功後は様々な実験パラメーターに対する依存性の確認を行っている。
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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
本研究の大きな目標である、二光子干渉実験に初年度で成功したので、予想以上の進展と言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
現状、連結共振器型量子メモリーに光の位相をプローブする仕組みが組み込まれていないので、それを実装することが今後の目標として挙げられる。これは大変重要であり、実現されれば、位相敏感な重ね合わせ状態や量子エンタングルメントも保存可能になるため、応用の幅が大きく広がる。しかし、技術的に開発要素が多いので、時間が掛かると考えられる。また、現在の結果を学術論文として発表することも次の大きな仕事である。
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