量子符号化通信のための量子受信機の物理的設計に関する研究

• 研究課題/領域番号: 19740253
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 原子・分子・量子エレクトロニクス・プラズマ
• 研究機関: 独立行政法人情報通信研究機構
• 研究代表者: 武岡 正裕 独立行政法人情報通信研究機構, 新世代ネットワーク研究センター・量子ICTグループ, 主任研究員 (70415850)
• 研究期間 (年度): 2007 – 2008
• 研究課題ステータス: 完了 (2008年度)
• 配分額: 2,210千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 210千円); 2008年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2007年度: 1,300千円 (直接経費: 1,300千円)
• キーワード: 量子情報 / 量子符号化 / 量子最適受信機 / コヒーレント光通信 / ホモダイン限界 / 射影測定

研究概要

宇宙通信などの超長距離光通信の通信性能限界は、従来の光通信理論ではショット雑音で制限されるとみなされてきた。しかし量子情報理論によれば、光の量子性を考慮した受信機によりこの限界を著しく凌駕できることが予想されている。本研究では、光子検出器等の現実のデバイスで実現可能な量子受信機を提案し、その最初の原理実証及び他の量子光学実験への応用を実現した。

研究成果

• [雑誌論文] Generation of large-amplitude coherent-state superposition via ancilla-assisted photon subtraction (2008)
  • 著者名/発表者名: H. Takahashi, K. Wakui, S. Suzuki, M. Takeoka, K. Hayasaka, A. Furusawa, and M. Sasaki
  • 雑誌名: Physical Review Letters 101
  • 査読あり
• [雑誌論文] Demonstration of near-optimal discrimination of optical coherent states (2008)
  • 著者名/発表者名: C. Wittmann, M. Takeoka, K. N. Cassemiro, M. Sasaki, G. Leuchs, U. L. Andersen
  • 雑誌名: Physical Review Letters 101
  • 査読あり
• [雑誌論文] Discrimination of the binary coherent signal: Gaussian-operation limit and simple non-Gaussian near-optimal receivers (2008)
  • 著者名/発表者名: M. Takeoka and M. Sasaki
  • 雑誌名: Physical Review A 78
  • 査読あり
• [雑誌論文] Temporally multiplexed superposition states of continuous variables (2008)
  • 著者名/発表者名: M. Sasaki, M. Takeoka, and H. Takahashi
  • 雑誌名: Physical Review A 77
  • 査読あり
• [雑誌論文] Large-amplitude coherent-state superposition generated by a time-separated two-photon subtraction from a continuous-wave squeezed vacuum (2008)
  • 著者名/発表者名: M. Takeoka, H. Takahashi, and M. Sasaki
  • 雑誌名: Physical Review A 77
  • 査読あり
• [雑誌論文] 連続量変数の光量子計算と量子情報通信 (2008)
  • 著者名/発表者名: 武岡正裕
  • 雑誌名: 光学 37 ページ: 692-697
  • NAID: 10023978130
  • 査読あり
• [雑誌論文] Generation of large-amplitude coherent-state superposition via ancilla-assisted photon subtraction (2008)
  • 著者名/発表者名: H. Takahashi
  • 雑誌名: Physical Review Letters 101
  • 査読あり
• [雑誌論文] Demonstration of near-optimal discrimination of optical coherent states (2008)
  • 著者名/発表者名: C. Wittmann
  • 雑誌名: Physical Review Letters 101
  • 査読あり
• [雑誌論文] Discrimination of the binary coherent signal : Gaussian-operation limit and simple non-Gaussian near-optimal receivers (2008)
  • 著者名/発表者名: M. Takeoka
  • 雑誌名: Physical Review A 78
  • 査読あり
• [雑誌論文] Temporally multiplexed superposition states of continuous variables (2008)
  • 著者名/発表者名: M. Sasaki
  • 雑誌名: Physical Review A 77
  • 査読あり
• [雑誌論文] Large-amplitude coherent-state superposition generated by a time-separated two-photon subtraction from a continuous-wave squeezed vacuum (2008)
  • 著者名/発表者名: M. Takeoka
  • 雑誌名: Physical Review A 77
  • 査読あり
• [雑誌論文] 連続量変数の光量子計算と量子情報通信 (2008)
  • 著者名/発表者名: 武岡 正裕
  • 雑誌名: 光学 37
  • NAID: 10023978130
  • 査読あり
• [雑誌論文] Implementing projective measurements with linear optics (2007)
  • 著者名/発表者名: M. Takeoka, M. Sasaki, and N. Lutkenhaus
  • 雑誌名: Proc. of the 8th International Conference on Quantum Communication, Measurement and Computing (QCMC2006) 1 ページ: 413-416
  • 査読あり
• [雑誌論文] Conditional generation of an arbitrary superposition of coherent states (2007)
  • 著者名/発表者名: M. Takeoka and M. Sasaki
  • 雑誌名: Physical Review A 75
  • 査読あり
• [雑誌論文] Projective measurements via linear optics and photon detectors (2007)
  • 著者名/発表者名: M. Takeoka
  • 雑誌名: Optics and Spectroscopy 103 ページ: 98-106
  • 査読あり
• [雑誌論文] Implementing projective measurements with linear optics (2007)
  • 著者名/発表者名: M.Takeoka
  • 雑誌名: Proc.Of The 8th International Conference on Quantum Communication, MeasurementandComputing(QCMC2006) 1 ページ: 413-416
  • 査読あり
• [雑誌論文] Conditional generation of anarbitrary superposition of coherent states (2007)
  • 著者名/発表者名: M.Takeoka
  • 雑誌名: Physical Review A 75
  • 査読あり
• [雑誌論文] Projective measurements via linear optics and photon detectors (2007)
  • 著者名/発表者名: M.Takeoka
  • 雑誌名: Optics and Spectroscopy 103 ページ: 98-106
  • 査読あり
• [学会発表] Experimental implementation of near-optimal quantum measurements of optical coherent state (2009)
  • 著者名/発表者名: M. Takeoka
  • 学会等名: DEX-SMI Workshop on Quantum Statistical Inference
  • 発表場所: NII, 東京
  • 年月日: 2009-03-02
• [学会発表] Quantum receivers and quantum coding toward the quantum-limited performance in long-haul optical communications (2009)
  • 著者名/発表者名: M. Takeoka
  • 学会等名: ICSOS 2009
  • 発表場所: 日本科学未来館、東京
  • 年月日: 2009-02-05
• [学会発表] Discrimination of optical coherent states via near-optimal quantum receivers (2009)
  • 著者名/発表者名: M. Takeoka
  • 学会等名: SPIE Photonics West
  • 発表場所: San Jose, USA
  • 年月日: 2009-01-29
• [学会発表] Experimental implementation of near-optimal quantum measurements of optical coherent state (2009)
  • 著者名/発表者名: M. Takeoka et al.
  • 学会等名: DEX-SMI Workshop on Quantum Statistical Inference, NII
  • 発表場所: Tokyo, Japan
• [学会発表] Quantum receivers and quantum coding toward the quantum-limited performance in long-haul optical communications (2009)
  • 著者名/発表者名: M. Takeoka et al.
  • 学会等名: International Conference on Space Optical Systems and Applications (ICSOS2009)
  • 発表場所: Miraikan, Tokyo, Japan
• [学会発表] Discrimination of optical coherent states via near-optimal quantum receivers (2009)
  • 著者名/発表者名: M. Takeoka et al.
  • 学会等名: SPIE Photonics West
  • 発表場所: San Jose, CA, USA
• [学会発表] Generation of optical Schrodinger cat-like states and classical-quantum channel coding (2008)
  • 著者名/発表者名: M. Takeoka
  • 学会等名: Workshop on topological cluster state computing in optics 2008
  • 発表場所: NII, 東京
  • 年月日: 2008-12-11
• [学会発表] Practical near-optimal quantum receivers for the BPSK coherent signals (2008)
  • 著者名/発表者名: M. Takeoka
  • 学会等名: 2008 International symposium on physics of quantum technology
  • 発表場所: 奈良
  • 年月日: 2008-11-25
• [学会発表] Implementation of quantum receivers for communication and sensing (2008)
  • 著者名/発表者名: M. Takeoka
  • 学会等名: 2008 xQIT conference : Difficult problems in quantum information theory
  • 発表場所: MIT, Cambridge, USA
  • 年月日: 2008-11-19
• [学会発表] Near-optimal quantum receivers for the coherent state discrimination (2008)
  • 著者名/発表者名: M. Takeoka
  • 学会等名: QCMC 2008
  • 発表場所: Calgary, Canada
  • 年月日: 2008-08-19
• [学会発表] 量子情報通信 : 研究の現状と展望 (2008)
  • 著者名/発表者名: 武岡 正裕
  • 学会等名: 文科省科研費補助金 特定領域研究「新世代光通信へのイノベーション」第2回量子情報ミニ研究会
  • 発表場所: 有馬
  • 年月日: 2008-07-07
• [学会発表] Near-optimal quantum state discrimination of optical coherent states (2008)
  • 著者名/発表者名: C. Wittmann
  • 学会等名: QELS2008
  • 発表場所: San Jose, USA
  • 年月日: 2008-05-04
• [学会発表] コヒーレント信号識別における準最適量子受信機の原理実証 (2008)
  • 著者名/発表者名: 辻野 賢治
  • 学会等名: 日本物理学会第63回年次大会
  • 発表場所: 近畿大学
  • 年月日: 2008-03-24
• [学会発表] Generation of optical Schrodinger cat-like states and classicalquantum channel coding (2008)
  • 著者名/発表者名: M. Takeoka
  • 学会等名: Workshop on topological cluster state computing in optics 2008, NII
  • 発表場所: Tokyo, Japan
• [学会発表] Practical near-optimal quantum receivers for the BPSK coherent signals (2008)
  • 著者名/発表者名: M. Takeoka et al.
  • 学会等名: 2008 International symposium on physics of quantum technology
  • 発表場所: Nara, Japan
• [学会発表] Implementation of quantum receivers for communication and sensing (2008)
  • 著者名/発表者名: M. Takeoka
  • 学会等名: 2008 xQIT conference, Difficult problems in quantum information theory, MIT
  • 発表場所: Cambridge, MA, USA, November
• [学会発表] Near-optimal quantum receivers for the coherent state discrimination (2008)
  • 著者名/発表者名: M. Takeoka et al.
  • 学会等名: The 9th International Conference on Quantum Communication, Measurement and Computing (QCMC2008)
  • 発表場所: Calgary, Canada
• [学会発表] 量子情報通信 : 研究の原状と展望 (2008)
  • 著者名/発表者名: 武岡正裕
  • 学会等名: 文科省科研費補助金特定領域研究「新世代光通信へのイノベーション」第2回量子情報ミニ研究会
  • 発表場所: 有馬
• [学会発表] 連続量ベル相関測定による量子もつれの推定 (2008)
  • 著者名/発表者名: 北川晃 他
  • 学会等名: 第18回量子情報技術研究会
  • 発表場所: 東京大学
• [学会発表] Near-optimal quantum state discrimination of optical coherent states (2008)
  • 著者名/発表者名: C. Wittmann et al.
  • 学会等名: Quantum Electronics and Laser Science Conference (QELS2008)
  • 発表場所: San Jose, USA
• [学会発表] コヒーレント信号識別における準量子最適受信機の原理実証 (2008)
  • 著者名/発表者名: 辻野賢治他
  • 学会等名: 日本物理学会第63回年次大会
  • 発表場所: 近畿大学
• [学会発表] コヒーレント信号識別のガウス測定限界と準最適量子測定にっいて (2007)
  • 著者名/発表者名: 武岡 正裕
  • 学会等名: 日本物理学会第62回年次大会
  • 発表場所: 北海道大学
  • 年月日: 2007-09-24
• [学会発表] Near-optial quantum receivers for the BPSK coherent signals (2007)
  • 著者名/発表者名: M.Takeoka
  • 学会等名: SPIE Optics East
  • 発表場所: Boston,USA
  • 年月日: 2007-06-21
• [学会発表] Discrimination of binary optical quantum states (Invited) (2007)
  • 著者名/発表者名: M.Takeoka
  • 学会等名: Identifying quantum states and operations:theory and applications
  • 発表場所: Budmerice,Slovakia
  • 年月日: 2007-06-21
• [学会発表] コヒーレント信号識別のガウス測定限界と準最適量子測定について (2007)
  • 著者名/発表者名: 武岡正裕他
  • 学会等名: 日本物理学会第62回年次大会
  • 発表場所: 北海道大学
• [学会発表] Near-optimal quantum receivers for the BPSK coherent signals (2007)
  • 著者名/発表者名: M. Takeoka et al.
  • 学会等名: SPIE Optics East, Boston
  • 発表場所: SPIE Optics East, Boston, USA
• [学会発表] Discrimination of binary optical quantum states (2007)
  • 著者名/発表者名: M. Takeoka
  • 学会等名: Identifying quantum states and operations: theory and applications
  • 発表場所: Budmerice, Slovakia
• [産業財産権] 量子干渉計測システム (2008)
  • 発明者名: 武岡正裕、佐々木雅英、番雅司
  • 権利者名: (独)情報通信研究機構
  • 出願年月日: 2008-12-26
• [産業財産権] Quantum source coding apparatus and quantum information communication system (2008)
  • 発明者名: M. Sasaki, Y. Mitsumori, A. Hasegawa, M. Takeoka, J. A. Vaccaro, S. M. Barnett, E. Andersson
  • 権利者名: (独)情報通信研究機構
  • 出願年月日: 2008-07-22
  • 外国
• [産業財産権] 量子干渉計測システム (2008)
  • 発明者名: 武岡 正裕、佐々木 雅英、番 雅司
  • 権利者名: 武岡 正裕、佐々木 雅英、番 雅司
  • 取得年月日: 2008-12-26
• [産業財産権] Quantum source coding apparatus and quantum information communication system (2008)
  • 発明者名: M. Sasaki, Y. Mitsumori, A. Hasegawa, M. Takeoka, J. A. Vaccaro, S. M. Barnett, E. Andersson
  • 権利者名: M. Sasaki, Y. Mitsumori, A. Hasegawa, M. Takeoka, J. A. Vaccaro, S. M. Barnett, E. Andersson
  • 取得年月日: 2008-07-22
  • 外国