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プログラマブルな広帯域時間多重量子光源の開発

研究課題

研究課題/領域番号 23K25799
補助金の研究課題番号 23H01102 (2023)
研究種目

基盤研究(B)

配分区分基金 (2024)
補助金 (2023)
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
研究機関東京大学

研究代表者

武田 俊太郎  東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (80737304)

研究期間 (年度) 2023-04-01 – 2026-03-31
研究課題ステータス 交付 (2024年度)
配分額 *注記
18,850千円 (直接経費: 14,500千円、間接経費: 4,350千円)
2025年度: 5,460千円 (直接経費: 4,200千円、間接経費: 1,260千円)
2024年度: 6,370千円 (直接経費: 4,900千円、間接経費: 1,470千円)
2023年度: 7,020千円 (直接経費: 5,400千円、間接経費: 1,620千円)
キーワード量子光学 / 量子情報 / スクイーズド光 / 連続量量子情報処理 / 非ガウス型状態
研究開始時の研究の概要

本研究では、時間多重光量子コンピュータを万能・大規模化する、全く新しい機能の量子光源を提案・実証する。近年、光の時間多重方式、つまり多数の光パルスを時間的に一列に並べて処理する方式で光量子コンピュータが劇的にスケールアップした。一方、この方式ではこれまで1種類の光だけを出し続ける固定光源を用いるのが「常識」であり、このため可能な計算の種類が著しく限定されていた。本研究ではこの「常識」を破り、様々な種類の光を時系列的に出力できるプログラマブル・時間多重量子光源を独自に提案・開発する。本光源は万能・大規模な光量子コンピュータ、並びに多彩な光量子技術の実用化への突破口を開くと期待される。

研究実績の概要

本研究では、時間多重光量子コンピュータを万能・大規模化する、新しい機能の量子光源を提案・実証する。近年、光の時間多重方式、つまり多数の光パルスを時間的に一列に並べて処理する方式で光量子コンピュータが劇的にスケールアップした。一方、この方式ではこれまで1種類の光だけを出し続ける固定光源を用いるのが「常識」であり、このため可能な計算の種類が著しく限定されていた。本研究ではこの「常識」を破り、様々な種類の光を時系列的に出力できるプログラマブル・時間多重量子光源を独自に提案し、原理実証することを目的とする。

上記の目的のため、2023年度は導波路型非線形光学結晶と、そこに入射するポンプ光を音響光学素子によって強度変調できるよう設計した新しい光学システムを開発した。さらに、超伝導光子検出器を組み合わせ、光子検出による条件付けによって確率的に非古典性の強い量子状態(非ガウス型状態)の光も生成できるように設計した。このシステムにおいて、ポンプ光強度や光子検出器による条件付けの有無などの設定を変更することで、スクイーズド状態や単一光子状態など複数種類の量子光を出力することに成功した。スクイーズド状態については、時系列的にそのスクイージングパラメータや位相を切り替えながら出力できることも確かめている。以上の成果について、9月および3月の日本物理学会にて報告した。今後、さらに機能を追加し、プログラマブルな光源を実現する必要がある。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

既に、スクイーズド光や単一光子状態の生成など、複数種類の光の量子状態を生成する機能が実現できているため。

今後の研究の推進方策

今後、さらに開発を進めて様々な量子状態の光を生成可能にすると共に、望みの量子光(非ガウス型状態)を高品質・高レートで生成するための最適な実験パラメータを明らかにしていく。

報告書

(1件)
  • 2023 実績報告書
  • 研究成果

    (17件)

すべて 2024 2023

すべて 学会発表 (17件) (うち国際学会 6件、 招待講演 15件)

  • [学会発表] 波形整形可能な非ガウス型量子光源へ向けた光パルスの生成と同期2024

    • 著者名/発表者名
      町永明海, 友田寛子, 柏崎貴大, 梅木毅伺, 三木茂人, 寺井弘高, 藪野正裕, 知名史博, 奥野大地, 武田俊太郎
    • 学会等名
      日本物理学会 2024年春季大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 光量子コンピュータが拓く未来2024

    • 著者名/発表者名
      武田俊太郎
    • 学会等名
      レーザー学会学術講演会第44回年次大会50周年記念特別講演会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] ループ型光量子コンピュータとその応用2024

    • 著者名/発表者名
      武田俊太郎
    • 学会等名
      レーザー学会学術講演会第44回年次大会シンポジウム「フォトニクスが切り拓く光量子技術」
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 量子コンピュータの基礎から最前線まで2024

    • 著者名/発表者名
      武田俊太郎
    • 学会等名
      JAIMA日本分析機器工業会中堅若手人財育成ワークショップ
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 量子コンピュータの基礎から最前線まで2024

    • 著者名/発表者名
      武田俊太郎
    • 学会等名
      第18回日本CAOS学会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] パラメータ可変な一般化光子引き去りによる光の非ガウス型量子状態の高レート生成2023

    • 著者名/発表者名
      町永明海, 友田寛子, 高瀬寛, 原田潤, 柏崎貴大, 梅木毅伺, 三木茂人, 寺井弘高, 藪野正裕, 知名史博, 奥野大地, 武田俊太郎
    • 学会等名
      日本物理学会第78回年次大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Towards practical photonic quantum computing2023

    • 著者名/発表者名
      Shuntaro Takeda
    • 学会等名
      Kick-off Workshop for Chicago-Tokyo Quantum Partnership
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Time-multiplexed programmable continuous-variable photonic quantum computing2023

    • 著者名/発表者名
      Shuntaro Takeda
    • 学会等名
      Conference on Quantum Information
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Time-multiplexed programmable continuous-variable photonic quantum computing2023

    • 著者名/発表者名
      Shuntaro Takeda
    • 学会等名
      Photonics and Electromagnetics Research Symposium (PIERS) 2023
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Time-multiplexed programmable continuous-variable photonic quantum computing2023

    • 著者名/発表者名
      Shuntaro Takeda
    • 学会等名
      SPIE Quantum Communications and Quantum Imaging XXI Conference
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Time-multiplexed programmable continuous-variable photonic quantum computing2023

    • 著者名/発表者名
      Shuntaro Takeda
    • 学会等名
      The 18th ASLLA symposium
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Time-multiplexed programmable continuous-variable photonic quantum computing2023

    • 著者名/発表者名
      Shuntaro Takeda
    • 学会等名
      2024 Joint ENS-UTokyo Workshop on Physics, Paris
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 光量子コンピュータの現状と展望2023

    • 著者名/発表者名
      武田俊太郎
    • 学会等名
      第158回結晶工学分科会研究会「量子技術と結晶工学」
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 光量子コンピュータの現状と展望2023

    • 著者名/発表者名
      武田俊太郎
    • 学会等名
      令和5年度「第1回 量子技術研究会」
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 光量子コンピュータの現状と展望2023

    • 著者名/発表者名
      武田俊太郎
    • 学会等名
      JEITAシーンオリエンテッド先端実装技術分科会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] ループ型光量子コンピュータとその応用2023

    • 著者名/発表者名
      武田俊太郎
    • 学会等名
      光産業技術振興協会フォトニックデバイス・応用技術研究会第32回ワークショップ
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 光量子コンピュータの現状と展望2023

    • 著者名/発表者名
      武田俊太郎
    • 学会等名
      真空フォーラム・シンポジウム
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 招待講演

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公開日: 2023-04-18   更新日: 2024-12-25  

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