| 研究課題/領域番号 |
20K03779
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分13010:数理物理および物性基礎関連
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| 研究機関 | 国立研究開発法人情報通信研究機構 (2022)
日本電信電話株式会社NTTコミュニケーション科学基礎研究所 (2020-2021) |
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研究代表者 |
加藤 豪 国立研究開発法人情報通信研究機構, 未来ICT研究所小金井フロンティア研究センター, 室長 (20396188)
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| 研究分担者 |
丸山 耕司 大阪公立大学, 大学院理学研究科, 客員教授 (00425646)
尾張 正樹 静岡大学, 情報学部, 准教授 (80723444)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2023年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2022年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2021年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2020年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
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| キーワード | 量子システム / 間接制御 / 数理物理 / 量子情報 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
量子系のコヒーレンスを維持しつつ、精密に制御する量子技術は未だ発展途上だ。ノイズ抑制と制御性向上の両立は、相反する要求だからである。本研究では、間接量子制御における制御性とその効率の精査を通して、一般的な量子制御を視野に入れた数学的枠組みを構築することを目的とする。間接制御はノイズ抑制に関して本質的優位性をもつと思われるものの、ダイナミクスの数学的記述が系の相互作用の型によって千差万別であったため、制御手法、ノイズ耐性、制御時間などを系統的視点から扱うことが困難であった。こそこで、統一的で見通しのよい数理構造を明らかにし、より高いレベルでの量子技術実用化へ向けた示唆を与えることを目指す。
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| 研究実績の概要 |
令和４年は「低次元の量子系で行える制御」という観点での考察したポイントによって、従来信じられていた、測定の近似に対して、解析的な保証を与えることに成功した。具体的には、量子光学で１モードの量子状態に対する重要な測定である、ホモダイン測定/ヘテロダイン測定に対する成果である。ホモダイン/ヘテロダイン測定は、１モード量子系という非常にコンパクトな量子系への数学的には厳密に定義された測定であり、連続量量子暗号など実用的な量子情報処理にも使われている。それにもかかわらず、エネルギーと可換な測定ではないため、原理的にはその厳密な実現は不可能であるという顕著な特徴を持っていた。このような状況において、従来は、近似できていると考えられている測定系を、半古典近似で解析し、近似的な正しさを保証してきた。しかし、近似の精度などを解析的に保証する形では評価できていなかった。そこで、我々は、近似的に実現できていると考えられている操作を完全に量子的に解析すると共に、1)評価する量に若干の修正を加える。2)注目する量を統計量に絞る。という二つの工夫をすることで、近似の度合いを解析的に厳密に評価することに成功した。
ホモダイン測定が厳密な実装を要求される連続量量子暗号に適用できることは、従来近似によって、安全性が原理的には必ずしも保証されない状況であったものが、理論と完全に合致することで、無条件安全性が本来の意味で成立することが示せたことになるなど、現在の段階でも実用的な観点で意義のある成果となっている。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
部分的な小さな量子系への操作という観点に注目することで、実用的な観点でも価値のある成果を創出することができた。今後は、ここで得た確かな知識を、間接制御という大きな目的に対して成果を還元していく段階に入った。
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| 今後の研究の推進方策 |
１量子モードの測定という状況の解析によって得られたものは非常にスペシフィックなものである一方、量子情報処理に一般的に使われている操作でもあり。そのため、ある種の重要な視点が含まれていると考えられる。そこで、この一年で得られた知識を、一般的な操作を議論する上での重要な例の一つとしてとらえなおし、その知見を有効に活用し、間接制御の解析に利用していく。
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