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オンデマンド単一光子源を用いた多光子干渉の実現

Research Project

Project/Area Number 14J10828
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Atomic/Molecular/Quantum electronics
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

牧野 兼三  東京大学, 工学系研究科, 特別研究員(DC2)

Project Period (FY) 2014-04-25 – 2016-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2015)
Budget Amount *help
¥1,900,000 (Direct Cost: ¥1,900,000)
Fiscal Year 2015: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2014: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Keywords量子光学 / 量子計算 / 光子干渉 / ダイレクト・デジタル信号合成 / 量子ビット / 国際研究者交流 / 量子エレクトロニクス / 量子情報
Outline of Annual Research Achievements

本研究は、光子を用いた量子計算の実現を目指し、「オンデマンド単一光子源を用いた多光子干渉の実現」をテーマとする。当該年度では、まず「2光子干渉」実験の結果を国際学会にて口頭発表を行った。また、投稿論文として学術雑誌への投稿を行い、arXiv (quant-ph)にて公表した。本研究では量子計算実現への積年のネックであった、光子源の放出タイミングの不一致による光子干渉確率の低さという課題を、これまでに実現したオンデマンド単一光子源を2台用いることで克服した。2光子干渉後の量子もつれ状態は、光ホモダイントモグラフィーという手法で検証を行い、高純度な2光子干渉した状態が得られていることを確認した。
次に「3光子干渉」のように2光子から3光子へ単純に光子数を増やすよりも、「0光子と1光子の重ね合わせ状態」のように極めて量子力学的な性質を示す状態を保存し、オンデマンドに取り出すことが重要であると考えた。これにより量子情報のキャリアの最も基本となる「one-rail 量子ビットのメモリーへの保存と取り出し」という極めて革新的なことが可能になる。そこで次にこの実現を目指した。この実現には、光学系の改善、とりわけ周波数の異なる光の相対関係(周波数と位相)をすべて同期する技術が必要となる。
本研究では、この課題を解決する具体的な方法として、ダイレクト・デジタル信号合成という技術を新たに実験系に取り入れ、本研究のオンデマンド単一光子源の位相を安定化した。この成果は、国内学会にて共同研究者と共著で発表した。今後、本実験装置の改良を重ねることで、重ね合わせ状態の位相敏感で量子力学的な性質を保ちつつ、その保存と生成が可能になることが期待される。これは量子メモリーとして量子計算へのキー要素となる。

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2015 Annual Research Report
  • 2014 Annual Research Report
  • Research Products

    (19 results)

All 2016 2015 2014

All Journal Article (2 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Open Access: 2 results,  Acknowledgement Compliant: 2 results) Presentation (16 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Invited: 2 results) Book (1 results)

  • [Journal Article] Synchronization of optical photons for quantum information processing2015

    • Author(s)
      K. Makino, Y. Hashimoto, J. Yoshikawa, H. Ohdan, T. Toyama, P. van Loock, and A. Furusawa
    • Journal Title

      arXiv

      Volume: 1509 Pages: 04409-04409

    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Real-time quadrature measurement of a single-photon wavepacket with continuous temporal-mode-matching2015

    • Author(s)
      H. Ogawa, H. Ohdan, K. Miyata, M. Taguchi, K. Makino, H. Yonezawa, J. Yoshikawa, and A. Furusawa
    • Journal Title

      arXiv

      Volume: 1507 Pages: 06172-06172

    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] 連結共振器による光子数重ね合わせ状態の保存と取り出しの研究I2016

    • Author(s)
      橋本洋輔,遠山健,牧野兼三,吉川純一,古澤明
    • Organizer
      日本物理学会第71回年次大会
    • Place of Presentation
      東北学院大学, 宮城県・仙台市
    • Year and Date
      2016-03-19
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] 量子エラー訂正に向けた量子トリットのテレポーテーション2016

    • Author(s)
      岡田将典, 不破麻里亜, Sylvain De Leseleuc, 牧野兼三, 遠山健, 吉川純一, Peter van Loock, 古澤明
    • Organizer
      日本物理学会第71回年次大会
    • Place of Presentation
      東北学院大学, 宮城県・仙台市
    • Year and Date
      2016-03-19
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] Heralded optical quantum states and their storage in optical cavities2016

    • Author(s)
      Jun-ich Yoshikawa, Kenzo Makino, Yosuke Hashimoto, Hisashi Ogawa, Kazunori Miyata, Akira Furusawa
    • Organizer
      EMN spring meeting 2016
    • Place of Presentation
      Taipei, Taiwan
    • Year and Date
      2016-03-10
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Real-Time Quadrature Measurement of a Highly Pure Single-Photon State in an Exponentially Rising Wave Packet2015

    • Author(s)
      Hisashi Ogawa, Hideaki Ohdan, Kazunori Miyata, Masahiro Taguchi, Kenzo Makino, Hidehiro Yonezawa, Jun-ichi Yoshikawa, Akira Furusawa
    • Organizer
      2015 Frontiers in Optics/Laser Science XXVIII (FiO/LS) meeting
    • Place of Presentation
      San Jose CA, USA
    • Year and Date
      2015-10-21
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Synchronization of Single Photons and Optical Homodyne Tomography2015

    • Author(s)
      Kenzo Makino, Yosuke Hashimoto, Jun-ichi Yoshikawa, Hideaki Ohdan, Peter van Loock, and Akira Furusawa
    • Organizer
      European Conference on Lasers and Electro-Optics and the European Quantum Electronics Conference 2015
    • Place of Presentation
      Munich, Germany
    • Year and Date
      2015-06-21
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Synchronization of Single Photons and Optical Homodyne Tomography2015

    • Author(s)
      K. Makino, Y. Hashimoto, J. Yoshikawa, H. Ohdan, P. van Loock, and A. Furusawa
    • Organizer
      CLEO/Europe-EQEC
    • Place of Presentation
      Munich, Germany
    • Year and Date
      2015-06-21
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] 時間領域における量子非破壊相互作用ゲートの構築2015

    • Author(s)
      塩沢優、加治俊之、横山翔竜、中村亮介、鈴木重成、牧野兼三、芹川昂寛、吉川純一、古澤明
    • Organizer
      日本物理学会第70回年次大会
    • Place of Presentation
      早稲田大学, 東京都
    • Year and Date
      2015-03-23
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] 連結共振器によりタイミング制御された二光子干渉の研究 III2015

    • Author(s)
      橋本洋輔、牧野兼三、吉川純一、P. van Loock、古澤明
    • Organizer
      日本物理学会第70回年次大会
    • Place of Presentation
      早稲田大学, 東京都
    • Year and Date
      2015-03-23
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] Generation of Schroedinger's Cat State by Projection Measurements of Hong-Ou-Mandel Bunched State2015

    • Author(s)
      Y. Hashimoto, K. Makino, J. Yoshikawa, H. Ohdan, P. Marek, R. Filip, and A. Furusawa
    • Organizer
      Workshop in Olomouc - Photons beyond qubits
    • Place of Presentation
      Olomouc, Czech
    • Year and Date
      2015-03-16 – 2015-03-18
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] Characterization of Hong-Ou-Mandel Bunched States by Quantum Homodyne Tomography2015

    • Author(s)
      J. Yoshikawa, K. Makino, Y. Hashimoto, and A. Furusawa
    • Organizer
      Workshop in Olomouc - Photons beyond qubits
    • Place of Presentation
      Olomouc, Czech
    • Year and Date
      2015-03-16 – 2015-03-18
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] 時間領域における量子非破壊相互作用ゲートの研究2015

    • Author(s)
      塩沢優、加治俊之、横山翔竜、中村亮介、鈴木重成、牧野兼三、芹川昂寛、吉川純一、古澤明
    • Organizer
      Quantum Theory & Technology Un-Official Meeting
    • Place of Presentation
      高知工科大学, 高知県
    • Year and Date
      2015-01-12
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] Characterization of Hong-Ou-Mandel bunched states by quantum homodyne tomography2014

    • Author(s)
      Y. Hashimoto, K. Makino, J. Yoshikawa, H. Ohdan, P. van Loock, and A. Furusawa
    • Organizer
      Frontiers in Optics (FiO) /Laser Science (LS) 2014
    • Place of Presentation
      Tucson, USA
    • Year and Date
      2014-10-22
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] Heralded optical quantum states and their storage in optical cavities2014

    • Author(s)
      J. Yoshikawa, K. Makino, Y. Hashimoto, and A. Furusawa
    • Organizer
      The conference on Quantum and Nonlinear Optics III, part of SPIE/COS Photonics Asia
    • Place of Presentation
      Beijing, China
    • Year and Date
      2014-10-09
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] リング型光パラメトリック発振器による広帯域スクイーズド光生成2014

    • Author(s)
      芹川昂寛、吉川純一、牧野兼三、古澤明
    • Organizer
      日本物理学会第69回秋季大会
    • Place of Presentation
      中部大学, 愛知県
    • Year and Date
      2014-09-09
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] 連結共振器によりタイミング制御された二光子干渉の研究II2014

    • Author(s)
      橋本洋輔、牧野兼三、吉川純一、P. van Loock、古澤明
    • Organizer
      日本物理学会第69回秋季大会
    • Place of Presentation
      中部大学, 愛知県
    • Year and Date
      2014-09-09
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] Observation of High-Purity Single Photons Hopping between Optical Cavities2014

    • Author(s)
      K. Makino, J. Yoshikawa, Y. Hashimoto, P. van Loock, and A. Furusawa
    • Organizer
      CLEO 2014
    • Place of Presentation
      San Jose, USA
    • Year and Date
      2014-06-12
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Book] Engineering the Atom-Photon Interaction, Chapter 8, "On-Demand Release of a Heralded Quantum State from Concatenated Optical Cavities"2015

    • Author(s)
      Jun-ichi Yoshikawa, Kenzo Makino, Akira Furusawa; Ana Predojević, Morgan W. Mitchell Eds
    • Total Pages
      24
    • Publisher
      Springer
    • Related Report
      2015 Annual Research Report

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Published: 2015-01-22   Modified: 2024-03-26  

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