| 研究課題/領域番号 |
21K18902
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| 研究種目 |
挑戦的研究(萌芽)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
中区分30:応用物理工学およびその関連分野
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
金田 文寛 東北大学, 理学研究科, 教授 (80822478)
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| 研究分担者 |
BAEK SOYOUNG 東北大学, 電気通信研究所, 助教 (70826172)
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| 研究期間 (年度) |
2021-07-09 – 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 |
6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)
2022年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円)
2021年度: 2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円)
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| キーワード | 光子 / 光スイッチ / 量子光学 / 単一光子 / 光カー効果 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
単一光子は量子情報処理における有力な量子ビット媒体であり、その操作には極限の低損失化、高速化、高精度化が要求されている。しかし、ほぼ全ての光スイッチング素子は、その物理的大きさによって、低損失性か高速性の一方しか達成できていない。本研究では、現在成功的に商用化されている数少ない低損失光閉じ込めデバイスである光ファイバーと、その内部で起こる、高速な光パルスの重なりに基づく全光学的単一光子スイッチングを実証する。
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| 研究成果の概要 |
光ファイバーの光励起特性を評価した結果、1550 nmゲートパルスによる1300 nmのノイズ光子発生確率が1パルスあたり10の-7乗程度であることを観測した。また、偏光依存性も補償可能なものであった。したがって、波長差を持ったゲート光とシグナル光子の低損失な群速度不整合カー効果の実証は有効であると考えられる。今後ファイバーアンプ等を用いたゲート光パルスの増幅により、偏光回転角を増大させることで、単一光子の低損失偏光回転の実証が期待される。その他、1300 nm帯での高純粋度単一光子発生手法や、偏光状態に依存しない、世界で最も低損失な電気光学単一光子スイッチング手法の実証にも成功した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
本研究では、将来の量子情報技術の大規模化、多チャンネル化において重要技術となる、高速、高精度、低損失な単一光子のスイッチングの実現を目標として光ファイバーによる群速度不整合カー効果に基づく単一光子スイッチングの研究を実施した。光ファイバーの古典光学的な評価により、十分なゲートパルスエネルギーによって群速度不整合カー効果の観測は可能であることが明らかになった。また、電気光学スイッチにおいて、新たな干渉計や電気光学素子の構成、配置を考案し、任意偏光を維持する単一光子スイッチの実現に成功した。以上の成果は光子やその偏光を量子情報担体として利用する通信システムの大規模化に貢献することが期待される。
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