研究課題/領域番号 |
22K03490
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研究種目 |
基盤研究(C)
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配分区分 | 基金 |
応募区分 | 一般 |
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 | 国立研究開発法人情報通信研究機構 |
研究代表者 |
逵本 吉朗 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, 研究員 (80807470)
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研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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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)
2024年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2023年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2022年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
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キーワード | 量子光学 / 量子情報 / 単一光子 / 量子通信 / 量子情報処理 / パラメトリック下方変換 |
研究開始時の研究の概要 |
本研究では、単一光子検出器をコヒーレント検波に適用することで、非古典光の周波数分解測定を高い分解能で実現できる新たな検出法を開発する。具体的には、まず、しきい値以下で駆動した光パラメトリック発振器により狭線幅なパラメトリック蛍光を生成する。次に、パラメトリック蛍光を単一光子レベルまで弱めた微弱局発光と混合し、単一光子検出器で検出することで、光子計数の時間信号を周波数分解したRFビート信号からパラメトリック蛍光の中心周波数と周波数幅を明らかにする。
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研究実績の概要 |
本研究では、単一光子に対する高分解能周波数測定技術を確立することを目標に研究を行っている。この目標を達成するためには、(1) 単一光子検出器と微弱局発光(local oscillator, LO)を用いたヘテロダイン測定技術、(2) 狭帯域光子生成を実現する必要がある。今年度は、(1)に関して、超伝導単一光子検出器(SSPD)とアセチレン安定化レーザーを組み合わせたヘテロダイン測定器を立ち上げ、単一光子レベルに弱めた自然放射増幅光の周波数測定に成功した。波長1550nm付近で広い周波数幅を有する自然放射増幅光を生成した後、透過線幅24MHz、自由スペクトル領域1.47GHzの共振器へ入力することで、くし型のスペクトル構造を持つ光を生成した。その光を単一光子レべルまで減衰させ、LOと共にSSPDへ入力することにより、共振器の設計値と近い値のビート信号を検出することに成功した。 さらに、LOと未知の量子状態にあるターゲット光子との強度干渉信号から、量子状態トモグラフィ(Quantum state tomography. QST)を行う手法を開発した。この手法では、従来のQSTで必要であった能動的なデバイスを全てLOの準備系に移行することで、ターゲット光子のモードには受動的なビームスプリッターだけを配置するだけでよい。従って、様々な物理自由度にエンコードされた量子状態の推定に適用可能である。この成果については米国物理学会誌Physical Review Appliedに掲載された。
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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
当初の研究計画通り、単一光子検出器を用いて単一光子レベルの強度の光の高分解能周波数測定を実施した。具体的には、共振器を通した微弱自然放射増幅光とLOの間の相互ヘテロダインビートを観測し、2GHz以上のダイナミックレンジでビート信号を得ることに成功した。また、最終目標である非古典光の高分解能周波数測定に向けて、狭線幅な非古典光源の立ち上げにも着手しており、当初の計画通り順調に進展していると言える。
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今後の研究の推進方策 |
本年度内に、ヘテロダイン測定器の立ち上げ及び評価を完了できたので、今後は周波数の測定対象となる非古典光源の立ち上げを行う予定である。具体的には、共振器内部に周期分極反転KTP結晶を配置した光子対源を立ち上げる。光子対の検出レートから、周波数測定を行うのに十分な輝度を有するかを評価し、共振器のデザインへ適宜フィードバックする。最後に、生成された光子対の片割れをヘテロダイン測定器へ入力して周波数測定を実施する。
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