連結共振器による光量子エンタングルド状態の保存と取り出しの研究

• 研究課題/領域番号: 18H01149
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分13020:半導体、光物性および原子物理関連
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 吉川 純一 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 講師 (60589943)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2020年度)
• 配分額: 17,290千円 (直接経費: 13,300千円、間接経費: 3,990千円); 2020年度: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2019年度: 6,240千円 (直接経費: 4,800千円、間接経費: 1,440千円); 2018年度: 6,890千円 (直接経費: 5,300千円、間接経費: 1,590千円)
• キーワード: 量子エンタングルメント / 光子 / 量子メモリー / 光パラメトリック発振器 / 量子光学

研究成果の概要

我々が独自に持つ連結共振器型量子メモリーの技術を発展させて、２台の連結共振器に跨った単一光子の量子エンタングルメントを保存し、タイミングを制御して放出することに成功した。放出された光の量子状態を推定し、高い量子性が保たれたままタイミング制御できていることを確かめた。特に、ウィグナー関数と呼ばれる擬確率分布の負領域が、量子力学と古典力学の違いとして重要であり、この負領域を持つ量子状態を保存できたことが重要である。

研究成果の学術的意義や社会的意義

量子力学の応用としての量子コンピューターが注目を集める中で、光という量子系の可能性を広げる意味で、光の特殊な量子状態のタイミング制御を行うという重要な研究に成功した。単なる光子のタイミング制御ではなく、光の位相に敏感な量子状態を扱い、複数台の光共振器メモリーを位相同期できている点が重要である。これは、時間領域多重された光波束の巨大エンタングルメントと組み合わせることで、原理的にはユニバーサルな量子コンピューターの実現につながるものである。

研究成果

• [国際共同研究] Johannes Gutenberg Universitaet Mainz(ドイツ)
• [国際共同研究] Palacky University Olomouc(チェコ)
• [国際共同研究] Johannes Gutenberg Universitaet Mainz(ドイツ)
• [雑誌論文] Generation of optical Schr?dinger cat states by generalized photon subtraction (2021)
  • 著者名/発表者名: Takase Kan、Yoshikawa Jun-ichi、Asavanant Warit、Endo Mamoru、Furusawa Akira
  • 雑誌名: Physical Review A 巻: 103 号: 1 ページ: 013710-013710
  • DOI: 10.1103/physreva.103.013710
  • 査読あり
• [雑誌論文] Nonlinear Squeezing for Measurement-Based Non-Gaussian Operations in Time Domain (2021)
  • 著者名/発表者名: Shunya Konno, Atsushi Sakaguchi, Warit Asavanant, Hisashi Ogawa, Masaya Kobayashi, Petr Marek, Radim Filip, Jun-ichi Yoshikawa, and Akira Furusawa
  • 雑誌名: Phys. Rev. Applied 巻: 15 号: 2 ページ: 024024-024024
  • DOI: 10.1103/physrevapplied.15.024024
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Phase Locking between Two All-Optical Quantum Memories (2020)
  • 著者名/発表者名: Okamoto Fumiya、Endo Mamoru、Matsuyama Mikihisa、Ishizuka Yuya、Liu Yang、Sakakibara Rei、Hashimoto Yosuke、Yoshikawa Jun-ichi、van Loock Peter、Furusawa Akira
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 125 号: 26 ページ: 260508-260508
  • DOI: 10.1103/physrevlett.125.260508
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] All-Optical Storage of Phase-Sensitive Quantum States of Light (2019)
  • 著者名/発表者名: Hashimoto Yosuke、Toyama Takeshi、Yoshikawa Jun-ichi、Makino Kenzo、Okamoto Fumiya、Sakakibara Rei、Takeda Shuntaro、Peter van Loock、Furusawa Akira
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 123 号: 11 ページ: 113603-113603
  • DOI: 10.1103/physrevlett.123.113603
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Complete temporal mode characterization of non-Gaussian states by a dual homodyne measurement (2019)
  • 著者名/発表者名: Takase Kan、Okada Masanori、Serikawa Takahiro、Takeda Shuntaro、Yoshikawa Jun-ichi、Furusawa Akira
  • 雑誌名: Physical Review A 巻: 99 号: 3 ページ: 033832-033832
  • DOI: 10.1103/physreva.99.033832
  • 査読あり
• [雑誌論文] Optical quantum information processing and storage (2018)
  • 著者名/発表者名: Jun-ichi Yoshikawa, Yosuke Hashimoto, Hisashi Ogawa, Takahiro Serikawa, Yu Shiozawa, Masanori Okada, Warit Asavanant, Atsushi Sakaguchi, Naoto Takanashi, Fumiya Okamoto, Kan Takase, Masaya Kobayashi, Shota Yokoyama, Shuntaro Takeda, Peter van Loock, Akira Furusawa
  • 雑誌名: SPIE Proceedings 巻: 10771 ページ: 1-9
  • DOI: 10.1117/12.2320476
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Generation of a Cat State in an Optical Sideband (2018)
  • 著者名/発表者名: Serikawa Takahiro、Yoshikawa Jun-ichi、Takeda Shuntaro、Yonezawa Hidehiro、Ralph Timothy C.、Huntington Elanor H.、Furusawa Akira
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 121 号: 14 ページ: 143602-143602
  • DOI: 10.1103/physrevlett.121.143602
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Quantum nondemolition gate operations and measurements in real time on fluctuating signals (2018)
  • 著者名/発表者名: Shiozawa Yu、Yoshikawa Jun-ichi、Yokoyama Shota、Kaji Toshiyuki、Makino Kenzo、Serikawa Takahiro、Nakamura Ryosuke、Suzuki Shigenari、Yamazaki Shota、Asavanant Warit、Takeda Shuntaro、van Loock Peter、Furusawa Akira
  • 雑誌名: Physical Review A 巻: 98 号: 5 ページ: 052311-052311
  • DOI: 10.1103/physreva.98.052311
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] Generation of two-mode quantum states of light with timing controllable memories (2020)
  • 著者名/発表者名: M. Endo, F. Okamoto, M. Matsuyama, Y. Ishizuka, Y. Hashimoto, R. Sakakibara, J. Yoshikawa, P. van Loock, A. Furusawa
  • 学会等名: CLEO 2020
  • 国際学会
• [学会発表] Purification of Photon Subtraction from Continuous Squeezed Light by Filtering (2018)
  • 著者名/発表者名: J. Yoshikawa, W. Asavanant, A. Furusawa
  • 学会等名: CLEO 2018, San Jose, USA
  • 国際学会
• [学会発表] Optical quantum information processing and storage (2018)
  • 著者名/発表者名: Jun-ichi Yoshikawa, Yosuke Hashimoto, Hisashi Ogawa, Takahiro Serikawa, Yu Shiozawa, Masanori Okada, Warit Asavanant, Atsushi Sakaguchi, Naoto Takanashi, Fumiya Okamoto, Kan Takase, Masaya Kobayashi, Shuntaro Takeda, Akira Furusawa
  • 学会等名: SPIE Optics + Photonics, San Diego, USA
  • 国際学会 / 招待講演