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連続適応量子状態推定による分子ダイナミクスの最適観測の実現

Research Project

Project/Area Number 18J22804
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Atomic/Molecular/Quantum electronics
Research InstitutionKyoto University
Research Fellow 野原 紗季  京都大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)
Project Period (FY) 2018-04-25 – 2021-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2020)
Budget Amount *help
¥2,800,000 (Direct Cost: ¥2,800,000)
Fiscal Year 2020: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2019: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2018: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Keywords量子状態推定 / 適応量子状態推定 / 位相推定
Outline of Annual Research Achievements

物理学的に最小の分散で固定された量子状態を推定することが可能な適応量子状態推定を実際の生体計測等へ応用させるために、我々は、時間的に変化する状態の推定が可能である連続適応量子状態推定を提案した。しかしこれまでの数値シミュレーションによる検討や実機実験による連続適応量子状態推定の実現は、測定対象が時間的に一定な変化をする光子の偏光状態に対してのみであった。実際の生体計測では、測定対象の偏光状態は線形変化のみとは限らず、様々な変化をすることが考えられるため、そのような入力に対しても検討を行う必要がある。そこで本年度は、数値シミュレーションにより、様々な入力状態(様々な変化率の線形変化、sin 関数変化、ステップ関数変化)に対して推定を行い、検討、評価を行った。その結果、どの場合においても、時間的に変化する入力状態に対して適応量子状態推定では入力状態に追従できないのに対して、提案法では入力状態に追従した推定を実現した。また、入力状態が線形変化、Sin関数変化においてその変化率が大きい場合には、提案法による推定結果は一定の遅延を持ち、その推定結果をS/2個(Sは連続適応量子状態推定において推定に使用する光子数)ずらすと入力状態に一致するということがわかった。以上より、提案した連続適応量子状態推定を用いることで、時間的に変化する偏光状態を理論限界(クラメールラオ限界)に到達する分散で推定し、より様々な入力状態に対する提案法の有効性を示した。さらに並行して単一発光体から放出される光子の偏光状態推定を実現するための実験系の設計、構築、評価を行った。これは、生体計測への応用に向けた第一歩となる。

Research Progress Status

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(3 results)
  • 2020 Annual Research Report
  • 2019 Annual Research Report
  • 2018 Annual Research Report

Research Products

(15 results)

All 2021 2020 2019 2018

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results) Presentation (12 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results)

  • [Journal Article] Adaptive quantum state estimation for dynamic quantum state2020

    • Author(s)
      S. Nohara, R. Okamoto, A. Fujiwara, and S. Takeuchi
    • Journal Title

      Physical Review A

      Volume: 102

    • DOI

      10.1103/physreva.102.030401

    • NAID

      120006888443

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Realization of high-speed adaptive quantum state estimation2019

    • Author(s)
      S. Nohara, R. Okamoto, K. Yamagata, A. Fujiwara, S. Takeuchi
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: 58 Issue: 7 Pages: 072001-072001

    • DOI

      10.7567/1347-4065/ab21b7

    • NAID

      210000156036

    • ISSN
      0021-4922, 1347-4065
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Realization of high-speed adaptive quantum state estimation2019

    • Author(s)
      Saki Nohara, Ryo Okamoto, Koichi Yamagata, Akio Fujiwara, and Shigeki Takeuchi
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics (JJAP)

      Volume: 印刷中

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Realization of sequential adaptive quantum state estimation and application to a single photon emitter2021

    • Author(s)
      S. Nohara, R. Okamoto, A. Fujiwara, and S. Takeuchi
    • Organizer
      International Symposium on Creation of Advanced Photonic and Electronic Devices 2021
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] Experimental demonstration of adaptive quantum state estimation for dynamic quantum states2020

    • Author(s)
      Saki Nohara
    • Organizer
      卓越大学院「先端光・電子デバイス創成学」キックオフシンポジウム
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 時間的に変化する状態の適応量子状態推定の実現2019

    • Author(s)
      野原紗季
    • Organizer
      第40回量子情報技術研究会(QIT40)
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 時間的に変化する状態の適応量子状態推定の実現2019

    • Author(s)
      野原紗季
    • Organizer
      第80回応用物理学会秋季学術講演会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] Experimental demonstration of adaptive quantum state estimation for dynamic quantum states2019

    • Author(s)
      Saki Nohara
    • Organizer
      京都大学大学院工学研究科セミナー道場
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] Experimental demonstration of adaptive quantum state estimation for dynamic quantum states2019

    • Author(s)
      Saki Nohara
    • Organizer
      The 2nd International Forum on Quantum Metrology and Sensing(IFQMS)
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Demonstration of high-speed adaptive quantum state estimation experiment using a liquid crystal retarder2019

    • Author(s)
      Saki Nohara
    • Organizer
      卓越大学院「先端光・電子デバイス創成学」キックオフシンポジウム
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 光子の偏光状態の適応量子状態推定2018

    • Author(s)
      野原紗季
    • Organizer
      量子生命科学研究会 第2回学術集会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 適応量子状態推定の高速化の実現22018

    • Author(s)
      野原紗季
    • Organizer
      第38回量子情報技術研究会(QIT38)
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] Realization of high-speed adaptive quantum state estimation2018

    • Author(s)
      Saki Nohara
    • Organizer
      SPIE Optical Engineering + Applications
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 適応量子状態推定の高速化の実現2018

    • Author(s)
      野原紗季
    • Organizer
      日本物理学会 第74回年次大会(2018年秋期大会)
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 適応量子状態推定の高速化の実現2018

    • Author(s)
      野原紗季
    • Organizer
      京都大学大学院工学研究科セミナー道場
    • Related Report
      2018 Annual Research Report

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Published: 2018-05-01   Modified: 2021-12-27  

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