マイクロエンジニアリングのための人工的量子状態の生成と制御

• Project/Area Number: 12875044
• Research Category: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Dynamics/Control
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 木村 英紀 東京大学, 大学院・新領域創成科学研究科, 教授 (10029514)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 大石 泰章 東京大学, 大学院・新領域創成科学研究科, 講師 (80272392) ; 五神 真 東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (70161809)
• Project Period (FY): 2000 – 2001
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2001)
• Budget Amount: ¥1,900,000 (Direct Cost: ¥1,900,000); Fiscal Year 2001: ¥600,000 (Direct Cost: ¥600,000); Fiscal Year 2000: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,300,000)
• Keywords: 量子系の制御 / entanglement / 量子論的測定 / フィードバック制御 / スクイーズ状態 / 外乱除去問題 / Jロスレス分解 / H-infinity制御 / スクイーズド状態 / H^∞制御

Research Abstract

1年目での成果にもとづいて、計画2年目の今年度は量子空洞共振器を対象とした具体的なフィードバック制御系を想定し、そこから発生する様々の問題を理論的に解析した。まず制御のための操作を陽に含む量子系の時間発展を確率微分方程式を用いて記述し、その近似解の表現を導き、その性質を調べた。同じ手法を量子化された光の場にも適用し、簡単な解の公式をもとめた。その中で特筆すべき成果として不確定性原理の制御論的な意味づけを見出したことである。この成果は量子状態の実部と虚部を同時に安定化するフィードバック制御器は存在しない、ということである。これにもとづき、スクイーズド制御を上述の空洞共振器とハーフミラーを含むシステムに適用し、制御の限界を定量的にもとめた。
本研究はこのように量子制御の基本的な問題を解明し、今後の発展の基礎を築いたと考えられる。特に、制御理論と量子力学の間の橋わたしを行い、マイクロ工学とマクロ工学の接面を切り開いた。これらの成果は現在2編にわたる論文としてIEEEのTransaction on Automatic Controlに投稿中である。