単一光子の決定論的スイッチングを可能にする光ファイバー内群速度「不整合」カー効果
| Project/Area Number |
21K18902
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 30:Applied physics and engineering and related fields
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
金田 文寛 東北大学, 理学研究科, 教授 (80822478)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
BAEK SOYOUNG 東北大学, 電気通信研究所, 助教 (70826172)
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| Project Period (FY) |
2021-07-09 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2022: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000)
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| Keywords | 光子 / 光スイッチ / 量子光学 / 単一光子 / 光カー効果 |
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| Outline of Research at the Start |
単一光子は量子情報処理における有力な量子ビット媒体であり、その操作には極限の低損失化、高速化、高精度化が要求されている。しかし、ほぼ全ての光スイッチング素子は、その物理的大きさによって、低損失性か高速性の一方しか達成できていない。本研究では、現在成功的に商用化されている数少ない低損失光閉じ込めデバイスである光ファイバーと、その内部で起こる、高速な光パルスの重なりに基づく全光学的単一光子スイッチングを実証する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、量子情報処理における低損失性、高速性の両方を満たす単一光子のスイッチング手法として光ファイバー内部で起こる、高速な光パルスの重なりに基づく全光学的単一光子スイッチングの実証を目標として研究を実施した。
本年度は、研究期間内の2度目の異動のため、光学系の再度構築やレーザー光の立ち上げを実施した後、光ファイバーの励起による偏光特性やノイズ特性の評価を実施した。その結果、1550 nmゲートパルスによる1300 nm帯のノイズ光子発生確率が１パルスあたり10の－７乗程度であることを観測した。また、光ファイバーによる偏光回転の波長依存性はあるものの、実験室内で安定であるため、ファイバーから出力される光子が受ける一定のオフセット回転を補償すれば、スイッチとして有効であることも判明した。したがって、波長差を持ったゲート光とシグナル光子の低損失な群速度不整合カー効果の実証は有効であると考えられる。しかし、実験では単一モード光ファイバーの非線形性に対し、必要なゲート光のパルスエネルギーが5倍程度不足していることが判明し、現在の実験設備で対応することができなかったしかしながら、今後ファイバーアンプ等を用いた光パルスの増幅を導入すれば、要求されるパルスエネルギーは達成可能であり、単一光子の低損失偏光回転を実証するための展望は開けたと考えられる。
その他、研究提案時にはなかった研究の展開として、1300 nm帯での単一光子発生手法において、分極構造の制御による高い純粋度を もつ伝令付き単一光子発生法を発見した。これは光通信Oバンドにて高精度な光量子情報処理を実現するための重要光源となる可能性をもつ。 さらに、電気光学効果による偏光状態に依存しない、世界で最も低損失な新たな単一光子スイッチング手法が実証されたことも本研究の重要成果である。
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Report
(3 results)
Research Products
(19 results)
