システム制御理論に基づく量子状態変換法の設計理論

• 研究課題/領域番号: 15K06151
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 制御・システム工学
• 研究機関: 慶應義塾大学
• 研究代表者: 山本 直樹 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 准教授 (40513289)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円); 2017年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2016年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2015年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
• キーワード: 量子メモリ / システム制御理論 / 量子情報 / 量子状態転送・変換

研究成果の概要

本研究の目的は、システム制御理論に基づき量子状態変換のための設計理論を構築することである。対象系に応じて次の成果を得た。(1) 多入力多出力線形系について、完全状態転送の必要十分条件と実行プロトコルを明らかにした。また、この成果を量子光スイッチ設計へ応用した。(2) 典型的な無限次元系であるGradient Echo Memory について、必要な入力波形、転送精度の離調依存性などを明らかにした。(3) 非線形qubit結合系について、完全状態転送の必要十分条件と実行プロトコルを明らかにした。(4) 1入力1出力線形系について、入力パルス波形の複雑さを軽減するプロトコルを開発した。

研究成果

• [国際共同研究] Hong Kong Polyechnic University(Hong Kong)
• [国際共同研究] Australian National University(Australia)
• [国際共同研究] Australian National University/University of New South Wales(Australia)
• [国際共同研究] Australian National University/University of New South Wales/University of New South Wales at ADFA(Australia)
• [国際共同研究] University of Nottingham(英国)
• [雑誌論文] Cascade and locally dissipative realizations of linear quantum systems for pure Gaussian state covariance assignment (2018)
  • 著者名/発表者名: Ma Shan、Woolley Matthew J.、Petersen Ian R.、Yamamoto Naoki
  • 雑誌名: Automatica 巻: 90 ページ: 263-270
  • DOI: 10.1016/j.automatica.2017.12.061
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Entanglement-assisted quantum feedback control (2017)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto Naoki、Mikami Tomoaki
  • 雑誌名: Quantum Information Processing 巻: 16 号: 7 ページ: 179-179
  • DOI: 10.1007/s11128-017-1629-4
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Optimal control for perfect state transfer in linear quantum memory (2017)
  • 著者名/発表者名: H. Nakao and N. Yamamoto
  • 雑誌名: J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys. 巻: 50 号: 6 ページ: 065501-065501
  • DOI: 10.1088/1361-6455/aa5257
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Pure Gaussian states from quantum harmonic oscillator chains with a single local dissipative process (2017)
  • 著者名/発表者名: S. Ma, M. Woolley, I. R. Petersen, and N. Yamamoto
  • 雑誌名: J. Phys. A: Math. Theor. 巻: 50 号: 13 ページ: 135301-135301
  • DOI: 10.1088/1751-8121/aa5fbe
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Geometric control theory for quantum back-action evasion (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Yokotera and N. Yamamoto
  • 雑誌名: EPJ Quantum Technology 巻: 3 号: 1 ページ: 15-15
  • DOI: 10.1140/epjqt/s40507-016-0053-5
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Quantum feedback amplification (2016)
  • 著者名/発表者名: N. Yamamoto
  • 雑誌名: Physical Review Applied 巻: 5 号: 4 ページ: 044012-044012
  • DOI: 10.1103/physrevapplied.5.044012
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] System identification for passive linear quantum systems (2016)
  • 著者名/発表者名: M. Guta and N. Yamamoto
  • 雑誌名: IEEE Transaction on Automatic Control 巻: 61-4 号: 4 ページ: 921-936
  • DOI: 10.1109/tac.2015.2448491
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [学会発表] A systems theory approach to the synthesis of minimum noise phase-insensitive quantum amplifiers (2018)
  • 著者名/発表者名: I. R. Petersen, M. R. James, V. Ugrinovskii, and N. Yamamoto
  • 学会等名: European Control Conference
  • 国際学会
• [学会発表] Quantum op-amp and functionalities (2018)
  • 著者名/発表者名: N. Yamamoto
  • 学会等名: APS March Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Dissipative-dissipative control strategy for quantum coherent feedback (2017)
  • 著者名/発表者名: Y. Kashiwamura and N. Yamamoto
  • 学会等名: IFAC World Congress
  • 国際学会
• [学会発表] 散逸下における量子状態制御の限界 (2017)
  • 著者名/発表者名: 小林幸一、山本直樹
  • 学会等名: 第37回量子情報技術研究会
• [学会発表] 多段量子フィードバック増幅器の感度解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 横寺裕、山本直樹
  • 学会等名: 第36回量子情報技術研究会
• [学会発表] Quantum back-action evasion via coherent feedback control: A geometric control approach (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Yokotera and N. Yamamoto
  • 学会等名: 55th IEEE CDC
  • 発表場所: Las Vegas（USA）
  • 年月日: 2016-12-12
  • 国際学会
• [学会発表] Quantum state transfer for multi-input linear quantum systems (2016)
  • 著者名/発表者名: N. Yamamoto, H. I. Nurdin, M. R. James
  • 学会等名: 55th IEEE CDC
  • 発表場所: Las Vegas（USA）
  • 年月日: 2016-12-12
  • 国際学会
• [学会発表] Perfect absorber of arbitrary single photon fields with a tunable coupling parameter: A QSDE approach (2016)
  • 著者名/発表者名: H. I. Nurdin, M. R. James, and N. Yamamoto
  • 学会等名: 55th IEEE CDC
  • 発表場所: Las Vegas（USA）
  • 年月日: 2016-12-12
  • 国際学会
• [学会発表] Pure Gaussian quantum states from passive Hamiltonians and an active local dissipative process (2016)
  • 著者名/発表者名: S. Ma, M. J. Woolley, I. R. Petersen, and N. Yamamoto
  • 学会等名: 55th IEEE CDC
  • 発表場所: Las Vegas（USA）
  • 年月日: 2016-12-12
  • 国際学会
• [学会発表] コヒーレントフィードバック制御系の設計法 (2016)
  • 著者名/発表者名: 柏村慶基、山本直樹
  • 学会等名: 第35回量子情報技術研究会
  • 発表場所: 高エネルギー加速器研究機構（茨城県・つくば市）
  • 年月日: 2016-11-24
• [学会発表] LQG制御を用いた量子スクイズド状態の角度揺らぎ抑制 (2016)
  • 著者名/発表者名: 黒柳亮介、山本直樹
  • 学会等名: 第35回量子情報技術研究会
  • 発表場所: 高エネルギー加速器研究機構（茨城県・つくば市）
  • 年月日: 2016-11-24
• [学会発表] 散逸下における量子状態制御の限界 (2016)
  • 著者名/発表者名: 小林幸一、山本直樹
  • 学会等名: 第35回量子情報技術研究会
  • 発表場所: 高エネルギー加速器研究機構（茨城県・つくば市）
  • 年月日: 2016-11-24
• [学会発表] Quantum information with linear control theory (2016)
  • 著者名/発表者名: N. Yamamoto
  • 学会等名: EMN Meeting on Quantum
  • 発表場所: Phuket (Thailand)
  • 年月日: 2016-04-08
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Quantum linear feedback control with entanglement assistance (2015)
  • 著者名/発表者名: N. Yamamoto and T. Mikami
  • 学会等名: 54th IEEE Conference on Decision and Control
  • 発表場所: Osaka (Japan)
  • 年月日: 2015-12-15
  • 国際学会
• [学会発表] コヒーレントH2制御による近似Back-action evasion (2015)
  • 著者名/発表者名: 横寺裕、山本直樹
  • 学会等名: 第33回量子情報技術研究会
  • 発表場所: NTT厚木研究開発センタ（神奈川県・厚木市）
  • 年月日: 2015-11-24
• [学会発表] 最適制御による線形量子メモリへの完全状態転送 (2015)
  • 著者名/発表者名: 中尾英明、山本直樹
  • 学会等名: 第33回量子情報技術研究会
  • 発表場所: NTT厚木研究開発センタ（神奈川県・厚木市）
  • 年月日: 2015-11-24
• [学会発表] Quantum feedback amplification (2015)
  • 著者名/発表者名: N. Yamamoto
  • 学会等名: 10th Principles and Applications of Control in Quantum Systems
  • 発表場所: Sydney (Australia)
  • 年月日: 2015-07-20
  • 国際学会 / 招待講演
• [図書] Linear Dynamical Quantum Systems: Analysis, Synthesis, and Control (2017)
  • 著者名/発表者名: H. I. Nurdin and N. Yamamoto
  • 総ページ数: 262
  • 出版者: Springer
  • ISBN: 9783319551999
• [備考]
  • URL: http://www.yamamoto.appi.keio.ac.jp