| 研究課題/領域番号 |
21K04915
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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30020:光工学および光量子科学関連
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| 研究機関 | 大阪大学 |
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研究代表者 |
小川 和久 大阪大学, 量子情報・量子生命研究センター, 講師 (80772574)
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| 研究分担者 |
富田 章久 北海道大学, 情報科学研究院, 教授 (60501434)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
2023年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2022年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2021年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
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| キーワード | 量子測定 / 量子トモグラフィ / 直接測定 / 弱測定 / 光量子通信 / 量子光計測 / 量子インターネット / 弱値 / 時間自由度 / 時間-周波数自由度 / 超短パルス / 時間-周波数量子チャネル |
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| 研究開始時の研究の概要 |
量子インターネットにおける光子の時間-周波数自由度を用いた量子通信基盤の構築に向けて、光子の時間-周波数自由度に位おいて、状態準備・量子チャネルのプロセス・測定を評価する「直接測定」という手法の実験的検証を行う。
直接測定では1つの測定基底における測定のみで実現できるため、時間-周波数自由度に特有の測定基底の制限の影響を受けずに実現できるという利点がある。
我々はさらに、時間-周波数的にもつれた2光子の状態測定が、各ノードにおけるローカルな直接測定だけで正しく実現できることを実験的に検証する。
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| 研究成果の概要 |
量子系のダイナミクスは、量子状態、量子過程、量子測定の3つの要素によって特徴づけられる。これらの要素を適切に測定することは、量子情報処理において極めて重要な課題である。近年、量子トモグラフィーを用いることなく、これら3つの要素の各複素行列要素を個別に求める直接測定法が提案され、実証されている。本研究では、これら3つの要素に対する直接測定法を系統的に導出する理論的枠組みを提案した。この枠組みに従い、さらに基底シフトユニタリー変換を利用することで、量子ビットプローブを用いた最も効率的な直接測定法を導出した。さらに、光パルス列を用いた量子状態の直接測定法の実現可能性を実験的に実証した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
本研究は、量子情報処理の効率を向上させるための新たな理論的枠組みを提案している。つまり、量子状態、量子過程、量子測定の3つの要素を個別に直接測定する方法を体系的に導出し、これによって量子トモグラフィーの使用を回避できる。その結果、計算資源の節約と測定時間の短縮が可能になり、さらに、光パルス列を用いた実験により提案手法の実現可能性も示しており、学術的な進展だけでなく、光量子通信による量子情報処理の実用化に向けた一歩となると考えられる。
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