| 研究課題/領域番号 |
20J20261
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| 研究種目 |
特別研究員奨励費
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 国内 |
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| 審査区分 |
小区分13020:半導体、光物性および原子物理関連
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| 研究機関 | 大阪大学 |
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研究代表者 |
山崎 友裕 大阪大学, 基礎工学研究科, 特別研究員(DC1)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-24 – 2023-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
3,100千円 (直接経費: 3,100千円)
2022年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
2021年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
2020年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円)
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| キーワード | 線形光学量子計算 / 周波数多重化 / 量子周波数コム / 光子 / 量子情報 / 量子計算 / 量子通信 / 周波数多重 / 線形光学 / 量子光学 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
光子を用いた量子計算は、光子のどの自由度を用いるかによって多くのバリエーションがあり、偏光、経路、時間、周波数、軌道角運動量などの自由度が考えられる。特に、光子の周波数に量子情報をエンコードすることで、大量の量子情報を1つの光子にエンコードすることや、1つの光ファイバー上で多くの光子を並列に操作することが可能になる。本研究では、このような光子の周波数自由度を用いた量子計算の実現に向けて、非線形光学結晶導波路共振器を用いた量子状態の生成に関する実験や、周波数領域での量子計算における高効率化や並列化、誤り訂正理論に関する理論の構築を行う。
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| 研究実績の概要 |
光子を用いた大規模な量子情報処理に向けて以下の研究を行った。
（1）これまで行ってきた周波数多重化偏光エンタングル光子対の生成と、それに波長分割多重（WDM）を組み合わせたエンタングルメント配送の研究成果を論文にまとめて出版した。（Sci Rep 12, 8964 (2022), Opt. Express 30, 36711-36716 (2022)）。これによって、従来の方法と比べて、高効率かつ高多重度な周波数多重化エンタングルメント配送が実証された。
（2）単一光子周波数コムを量子ビットとして用いるエンコード方法をさらに理論的に拡張し、具体的な量子計算プロトコルを提案した。このプロトコルでは、状態生成器に加えて、時間分解検出器、ビームスプリッター、光インターリーバーというパッシブな素子のみを用いてユニバーサルな量子計算が可能であり、エラーが生じにくく比較的実装が容易なプロトコルであると考えられる。さらに、状態生成の具体的な実験セットアップを提案し、エラー率を抑えるために必要な実験パラメータを導出することで、現在の実験技術でほぼ到達可能な範囲にあることを示した。この内容を論文にまとめて出版した（arXiv:2301.03188,
accepted in Phys. Rev. Lett.）。
（3）光子を用いた量子情報処理に不可欠な線形光学回路を解析するための新たな理論手法を提案した。さらに、この理論手法に基づき、エンタングルしていない光子を補助的に用いた場合の線形光学回路によるベル測定について解析を行った。結果として、同様のセットアップで最大の成功確率を導出し、さらにその漸近的な振る舞いを解析的に導出した。これらを論文にまとめて、現在投稿中である（arXiv:2301.06551）。この理論手法によって、線形光学回路を用いた量子情報処理の可能性がさらに広がることが期待できる。
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| 現在までの達成度 (段落) |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 今後の研究の推進方策 |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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