Direct measurement of time-frequency quantum channels of photons for the construction of the quantum internet infrastructure
| Project/Area Number |
21K04915
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 30020:Optical engineering and photon science-related
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
小川 和久 大阪大学, 量子情報・量子生命研究センター, 講師 (80772574)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
富田 章久 北海道大学, 情報科学研究院, 教授 (60501434)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2023: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
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| Keywords | 直接測定 / 量子トモグラフィ / 量子光計測 / 量子インターネット / 弱値 / 時間自由度 / 時間-周波数自由度 / 超短パルス / 時間-周波数量子チャネル |
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| Outline of Research at the Start |
量子インターネットにおける光子の時間-周波数自由度を用いた量子通信基盤の構築に向けて、光子の時間-周波数自由度に位おいて、状態準備・量子チャネルのプロセス・測定を評価する「直接測定」という手法の実験的検証を行う。
直接測定では1つの測定基底における測定のみで実現できるため、時間-周波数自由度に特有の測定基底の制限の影響を受けずに実現できるという利点がある。
我々はさらに、時間-周波数的にもつれた2光子の状態測定が、各ノードにおけるローカルな直接測定だけで正しく実現できることを実験的に検証する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では, 個々の量子系を量子通信によりコヒーレントに接続し, 将来的に大規模な量子情報処理を目指す「量子インターネット」構想を念頭に置き, 各量子系を光子の時間-周波数自由度に量子情報をエンコードして伝送する際の, 送りたい光子の時間-周波数状態の準備, および量子チャネル通過に伴う未知の変換 (プロセス) , 光子を検出して状態を評価する際の測定を評価する手段として, 「直接測定」という独自のアプローチを提案し, 実証することを目指している.
最終年度である今年度は, 量子状態の直接測定の実験デモンストレーションを行った. 量子状態としては光パルス列の時間自由度にエンコードされた状態を用いた. 昨年度にこの状態作製のための具体的な手順を見出しており, それにしたがい, dual parallel modulator (DPM)を用いて光の振幅位相を変換することで実現した. 直接測定の手法も, 昨年度に見出していた原理的に無損失なユニタリ変換を用いる方法を採用した. こちらは複数の遅延量を持つ非対称Mach-Zehnder干渉系および高速オシロスコープを用いて実現した. 結果的に, 5つの量子状態に対して, 高い忠実度で直接測定することができた.
この実験に関する内容と, 量子状態だけでなく量子プロセス, 量子測定を含めた量子コンポーネントを直接測定するための一般的な理論的枠組みの提案をまとめ, プレプリントサーバにおいて発表した(arXiv:2403.18210). 現在, この論文は査読つきジャーナルへの投稿に向けて準備しているところである.
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Report
(3 results)
Research Products
(1 results)
