単一光子波長変換を用いた遠距離量子メモリ間の量子相関実証

• 研究課題/領域番号: 16K17772
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 原子・分子・量子エレクトロニクス
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 生田 力三 大阪大学, 基礎工学研究科, 助教 (90626475)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円); 2017年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2016年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
• キーワード: 量子エレクトロニクス / 量子情報 / 量子通信 / 波長変換 / エンタングルメント / 量子中継 / 量子メモリ / 冷却原子 / 冷却原子集団 / 単一光子

研究成果の概要

光ファイバー量子通信を利用して遠距離量子メモリ間で量子もつれを形成するための課題解決に取り組んだ。量子中継に基づく高効率なファイバー量子通信のためには、量子メモリと通信波長光子の量子もつれ状態を作る必要がある。そのために本研究では、偏光無依存型の単一光子波長変換器を構築し、量子メモリ候補であるルビジウム原子集団と量子もつれ状態にある可視領域の偏光光子を通信波長に変換した。その結果、ルビジウム原子と通信波長光子間の量子もつれ状態を実験的に観測することに成功した。また、同期不要の2光子干渉実験、雑音環境下での偏光光子の忠実な光ファイバー通信など、長距離量子通信に必要な要素技術の実証を行った。

研究成果

• [雑誌論文] Polarization insensitive frequency conversion for an atom-photon entanglement distribution via a telecom network (2018)
  • 著者名/発表者名: Rikizo Ikuta, Toshiki Kobayashi, Tetsuo Kawakami, Shigehito Miki, Masahiro Yabuno, Taro Yamashita, Hirotaka Terai, Masato Koashi, Tetsuya Mukai, Takashi Yamamoto, Nobuyuki Imoto
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: -
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Long-distance single photon transmission from a trapped ion via quantum frequency conversion (2018)
  • 著者名/発表者名: Thomas Walker, Koichiro Miyanishi, Rikizo Ikuta, Hiroki Takahashi, Samir Vartabi Kashanian, Yoshiaki Tsujimoto, Kazuhiro Hayasaka, Takashi Yamamoto, Nobuyuki Imoto, Matthias Keller
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: -
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] High-fidelity entanglement swapping and generation of three-qubit GHZ state using asynchronous telecom photon pair sources (2018)
  • 著者名/発表者名: Yoshiaki Tsujimoto, Motoki Tanaka, Nobuo Iwasaki, Rikizo Ikuta, Shigehito Miki, Taro Yamashita, Hirotaka Terai, Takashi Yamamoto, Masato Koashi, Nobuyuki Imoto
  • 雑誌名: Scientific reports 巻: 8 号: 1 ページ: 1446-1446
  • DOI: 10.1038/s41598-018-19738-8
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Mach-Zehnder interferometer using frequency-domain beamsplitter (2017)
  • 著者名/発表者名: Toshiki Kobayashi, Daisuke Yamazaki, Kenichiro Matsuki, Rikizo Ikuta, Shigehito Miki, Taro Yamashita, Hirotaka Terai, Takashi Yamamoto, Masato Koashi, Nobuyuki Imoto
  • 雑誌名: Optics Express 巻: 25 号: 10 ページ: 12052-12060
  • DOI: 10.1364/oe.25.012052
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] High visibility Hong-Ou-Mandel interference via a time-resolved coincidence measurement (2017)
  • 著者名/発表者名: Yoshiaki Tsujimoto, Yukihiro Sugiura, Motoki Tanaka, Rikizo Ikuta, Shigehito Miki, Taro Yamashita, Hirotaka Terai, Mikio Fujiwara, Takashi Yamamoto, Masato Koashi, Masahide Sasaki, Nobuyuki Imoto
  • 雑誌名: Optics Express 巻: 25 号: 11 ページ: 12069-12080
  • DOI: 10.1364/oe.25.012069
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Experimental demonstration of robust entanglement distribution over reciprocal noisy channels assisted by a counter-propagating classical reference light (2017)
  • 著者名/発表者名: Rikizo Ikuta, Shota Nozaki, Takashi Yamamoto, Masato Koashi, Nobuyuki Imoto
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 7 号: 1 ページ: 4819-4819
  • DOI: 10.1038/s41598-017-05008-6
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Heralded single excitation of atomic ensemble via solid-state-based telecom photon detection (2016)
  • 著者名/発表者名: R. Ikuta, T. Kobayashi, K. Matsuki, S. Miki, T. Yamashita, H. Terai, T. Yamamoto, M. Koashi, T. Mukai, N. Imoto
  • 雑誌名: Optica 巻: 3 号: 11 ページ: 1279-1284
  • DOI: 10.1364/optica.3.001279
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [学会発表] 40Ca+から通信波長帯への単一光子波長変換 (2018)
  • 著者名/発表者名: 宮西 孝一郎, Tom Walker, 生田力三, Samir Vartabi Kashani, 高橋優樹, 逵本吉朗, 早坂和弘, 山本俊, 井元信之, Matthias Keller
  • 学会等名: 第73回物理学会春季大会
• [学会発表] 冷却Rb原子集団と通信波長光子間のエンタングルメント実証 (2017)
  • 著者名/発表者名: 川上哲生, 小林俊輝, 生田力三, 三木茂人, 山下太郎, 寺井弘高, 山本俊, 小芦雅斗, 向井哲哉, 井元信之
  • 学会等名: 第78回応用物理学会秋季学術講演会
• [学会発表] 冷却Rb原子集団と通信波長光子間のエンタングルメント実証 (2017)
  • 著者名/発表者名: 川上哲生, 小林俊輝, 生田力三, 三木茂人, 山下太郎, 寺井弘高, 山本俊, 小芦雅斗, 向井哲哉, 井元信之
  • 学会等名: 第72回物理学会秋季大会
• [学会発表] Faithful distribution of polarization entangled photon-pairs at telecom wavelength through optical fiber (2017)
  • 著者名/発表者名: Koichiro Miyanishi, Yoshiaki Tsujimoto, Rikizo Ikuta, Takashi Yamamoto, Nobuyuki Imoto
  • 学会等名: Interdisciplinary Symposium for Up-and-coming Material Scientists 2017 (ISUMS 2017)
  • 国際学会
• [学会発表] 波長866 nmから通信波長1530 nmへの波長変換実験 (2017)
  • 著者名/発表者名: 宮西孝一郎, 逵本吉朗, 生田力三, 山本俊, 早坂和弘, 井元信之
  • 学会等名: 第36回量子情報技術研究会 (QIT36)
• [学会発表] 周波数領域マッハツェンダー干渉計を用いた光干渉実験 (2016)
  • 著者名/発表者名: 山﨑大輔，小林俊輝，松木賢一郎，生田力三，山本俊，小芦雅斗，井元信之
  • 学会等名: 2016年第77回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 朱鷺メッセ（新潟県新潟市）
  • 年月日: 2016-09-13
• [学会発表] Wavelength conversion of non-classical light from rubidium atoms to the telecom band (2016)
  • 著者名/発表者名: Rikizo Ikuta, Toshiki Kobayashi, Kenichiro Matsuki, Shigehito Miki, Taro Yamashita, Hirotaka Terai, Takashi Yamamoto, Masato Koashi , Tetsuya Mukai, Nobuyuki Imoto
  • 学会等名: 文科省科研費新学術領域「ハイブリッド量子科学」第3回領域会議
  • 発表場所: 東京理科大学神楽坂キャンパス森戸記念館（東京都新宿区）
  • 年月日: 2016-08-25
• [学会発表] Wavelength Conversion of non-classical light from rubidium atoms to the telecom band (2016)
  • 著者名/発表者名: R. Ikuta, T. Kobayashi, K. Matsuki, S. Miki, T. Yamashita, H. Terai, T. Yamamoto, M. Koashi, T. Mukai, N. Imoto
  • 学会等名: 13th International Conference on Quantum Communication, Measurement, and Computing (QCMC 2016)
  • 発表場所: ケントリッジ（シンガポール）
  • 年月日: 2016-07-05
  • 国際学会
• [学会発表] High fidelity entanglement swapping via a time-resolved coincidence measurement (2016)
  • 著者名/発表者名: Yoshiaki Tsujimoto, Motoki Tanaka, Yukihiro Sugiura, Rikizo Ikuta, Shigehito Miki, Taro Yamashita, Hirotaka Terai, Takashi Yamamoto, Masato Koashi and Nobuyuki Imoto
  • 学会等名: 13th International Conference on Quantum Communication, Measurement, and Computing (QCMC 2016)
  • 発表場所: ケントリッジ（シンガポール）
  • 年月日: 2016-07-05
  • 国際学会
• [学会発表] Experimental demonstration of robust entanglement distribution over reciprocal channels assisted by a counter-propagating light (2016)
  • 著者名/発表者名: R. Ikuta, S. Nozaki, T. Yamamoto, M. Koashi, N. Imoto
  • 学会等名: 第34回量子情報技術研究会 (QIT34)
  • 発表場所: 高知工科大学（高知県高知市）
  • 年月日: 2016-05-31
• [学会発表] High fidelity entanglement swapping via a time-resolved coincidence measurement (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Tsujimoto, M. Tanaka, Y. Sugiura, R. Ikuta, S. Miki, T. Yamashita, H. Terai, T. Yamamoto, M. Koashi, N. Imoto
  • 学会等名: 第34回量子情報技術研究会 (QIT34)
  • 発表場所: 高知工科大学大学（高知県高知市）
  • 年月日: 2016-05-31
• [学会発表] Wavelength conversion of non-classical light emitted from rubidium atoms to the telecom band (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Kobayashi, R. Ikuta, K. Matsuki, S. Miki, T. Yamashita, H. Terai, T. Yamamoto, M. Koashi, T. Mukai, N. Imoto
  • 学会等名: 第34回量子情報技術研究会 (QIT34)
  • 発表場所: 高知工科大学 （高知県高知市）
  • 年月日: 2016-05-31