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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

研究課題

研究課題/領域番号 14J10828
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
研究分野 原子・分子・量子エレクトロニクス
研究機関東京大学

研究代表者

牧野 兼三  東京大学, 工学系研究科, 特別研究員(DC2)

研究期間 (年度) 2014-04-25 – 2016-03-31
研究課題ステータス 完了 (2015年度)
配分額 *注記
1,900千円 (直接経費: 1,900千円)
2015年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
2014年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
キーワード量子光学 / 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
研究実績の概要

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。

現在までの達成度 (段落)

27年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

27年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2015 実績報告書
  • 2014 実績報告書
  • 研究成果

    (19件)

すべて 2016 2015 2014

すべて 雑誌論文 (2件) (うち国際共著 1件、 オープンアクセス 2件、 謝辞記載あり 2件) 学会発表 (16件) (うち国際学会 3件、 招待講演 2件) 図書 (1件)

  • [雑誌論文] Synchronization of optical photons for quantum information processing2015

    • 著者名/発表者名
      K. Makino, Y. Hashimoto, J. Yoshikawa, H. Ohdan, T. Toyama, P. van Loock, and A. Furusawa
    • 雑誌名

      arXiv

      巻: 1509 ページ: 04409-04409

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Real-time quadrature measurement of a single-photon wavepacket with continuous temporal-mode-matching2015

    • 著者名/発表者名
      H. Ogawa, H. Ohdan, K. Miyata, M. Taguchi, K. Makino, H. Yonezawa, J. Yoshikawa, and A. Furusawa
    • 雑誌名

      arXiv

      巻: 1507 ページ: 06172-06172

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [学会発表] 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

    • 著者名/発表者名
      橋本洋輔,遠山健,牧野兼三,吉川純一,古澤明
    • 学会等名
      日本物理学会第71回年次大会
    • 発表場所
      東北学院大学, 宮城県・仙台市
    • 年月日
      2016-03-19
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] 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

    • 著者名/発表者名
      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
    • 学会等名
      日本物理学会第71回年次大会
    • 発表場所
      東北学院大学, 宮城県・仙台市
    • 年月日
      2016-03-19
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] Heralded optical quantum states and their storage in optical cavities2016

    • 著者名/発表者名
      Jun-ich Yoshikawa, Kenzo Makino, Yosuke Hashimoto, Hisashi Ogawa, Kazunori Miyata, Akira Furusawa
    • 学会等名
      EMN spring meeting 2016
    • 発表場所
      Taipei, Taiwan
    • 年月日
      2016-03-10
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Real-Time Quadrature Measurement of a Highly Pure Single-Photon State in an Exponentially Rising Wave Packet2015

    • 著者名/発表者名
      Hisashi Ogawa, Hideaki Ohdan, Kazunori Miyata, Masahiro Taguchi, Kenzo Makino, Hidehiro Yonezawa, Jun-ichi Yoshikawa, Akira Furusawa
    • 学会等名
      2015 Frontiers in Optics/Laser Science XXVIII (FiO/LS) meeting
    • 発表場所
      San Jose CA, USA
    • 年月日
      2015-10-21
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Synchronization of Single Photons and Optical Homodyne Tomography2015

    • 著者名/発表者名
      Kenzo Makino, Yosuke Hashimoto, Jun-ichi Yoshikawa, Hideaki Ohdan, Peter van Loock, and Akira Furusawa
    • 学会等名
      European Conference on Lasers and Electro-Optics and the European Quantum Electronics Conference 2015
    • 発表場所
      Munich, Germany
    • 年月日
      2015-06-21
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Synchronization of Single Photons and Optical Homodyne Tomography2015

    • 著者名/発表者名
      K. Makino, Y. Hashimoto, J. Yoshikawa, H. Ohdan, P. van Loock, and A. Furusawa
    • 学会等名
      CLEO/Europe-EQEC
    • 発表場所
      Munich, Germany
    • 年月日
      2015-06-21
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] 時間領域における量子非破壊相互作用ゲートの構築2015

    • 著者名/発表者名
      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
    • 学会等名
      日本物理学会第70回年次大会
    • 発表場所
      早稲田大学, 東京都
    • 年月日
      2015-03-23
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] 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

    • 著者名/発表者名
      橋本洋輔、牧野兼三、吉川純一、P. van Loock、古澤明
    • 学会等名
      日本物理学会第70回年次大会
    • 発表場所
      早稲田大学, 東京都
    • 年月日
      2015-03-23
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Generation of Schroedinger's Cat State by Projection Measurements of Hong-Ou-Mandel Bunched State2015

    • 著者名/発表者名
      Y. Hashimoto, K. Makino, J. Yoshikawa, H. Ohdan, P. Marek, R. Filip, and A. Furusawa
    • 学会等名
      Workshop in Olomouc - Photons beyond qubits
    • 発表場所
      Olomouc, Czech
    • 年月日
      2015-03-16 – 2015-03-18
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Characterization of Hong-Ou-Mandel Bunched States by Quantum Homodyne Tomography2015

    • 著者名/発表者名
      J. Yoshikawa, K. Makino, Y. Hashimoto, and A. Furusawa
    • 学会等名
      Workshop in Olomouc - Photons beyond qubits
    • 発表場所
      Olomouc, Czech
    • 年月日
      2015-03-16 – 2015-03-18
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] 時間領域における量子非破壊相互作用ゲートの研究2015

    • 著者名/発表者名
      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
    • 学会等名
      Quantum Theory & Technology Un-Official Meeting
    • 発表場所
      高知工科大学, 高知県
    • 年月日
      2015-01-12
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Characterization of Hong-Ou-Mandel bunched states by quantum homodyne tomography2014

    • 著者名/発表者名
      Y. Hashimoto, K. Makino, J. Yoshikawa, H. Ohdan, P. van Loock, and A. Furusawa
    • 学会等名
      Frontiers in Optics (FiO) /Laser Science (LS) 2014
    • 発表場所
      Tucson, USA
    • 年月日
      2014-10-22
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Heralded optical quantum states and their storage in optical cavities2014

    • 著者名/発表者名
      J. Yoshikawa, K. Makino, Y. Hashimoto, and A. Furusawa
    • 学会等名
      The conference on Quantum and Nonlinear Optics III, part of SPIE/COS Photonics Asia
    • 発表場所
      Beijing, China
    • 年月日
      2014-10-09
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 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

    • 著者名/発表者名
      芹川昂寛、吉川純一、牧野兼三、古澤明
    • 学会等名
      日本物理学会第69回秋季大会
    • 発表場所
      中部大学, 愛知県
    • 年月日
      2014-09-09
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] 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

    • 著者名/発表者名
      橋本洋輔、牧野兼三、吉川純一、P. van Loock、古澤明
    • 学会等名
      日本物理学会第69回秋季大会
    • 発表場所
      中部大学, 愛知県
    • 年月日
      2014-09-09
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Observation of High-Purity Single Photons Hopping between Optical Cavities2014

    • 著者名/発表者名
      K. Makino, J. Yoshikawa, Y. Hashimoto, P. van Loock, and A. Furusawa
    • 学会等名
      CLEO 2014
    • 発表場所
      San Jose, USA
    • 年月日
      2014-06-12
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [図書] Engineering the Atom-Photon Interaction, Chapter 8, "On-Demand Release of a Heralded Quantum State from Concatenated Optical Cavities"2015

    • 著者名/発表者名
      Jun-ichi Yoshikawa, Kenzo Makino, Akira Furusawa; Ana Predojević, Morgan W. Mitchell Eds
    • 総ページ数
      24
    • 出版者
      Springer
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書

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公開日: 2015-01-22   更新日: 2024-03-26  

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