デコヒーレンスフリー量子情報処理のためのシステム制御理論

• 研究課題/領域番号: 24760341
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 制御工学
• 研究機関: 慶應義塾大学
• 研究代表者: 山本 直樹 慶應義塾大学, 理工学部, 准教授 (40513289)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2016-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2015年度)
• 配分額: 4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円); 2014年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2013年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2012年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
• キーワード: 量子情報 / 制御理論 / 量子系 / デコヒーレンス / デコヒーレンスフリー部分系 / 量子メモリ / フィードバック制御 / システム制御理論 / デコヒーレンスフリー

研究成果の概要

本研究では、主に次の成果が得られた。(１) 量子情報処理の実現に有用な概念である「デコヒーレンスフリー部分系(DFS)」の数理的特徴付けと設計理論を、「連続値線形」の場合に、システム制御理論に基づいて構築することに成功した。(２)フィードバック制御によってDFSを生成する手法を開発した。(３) システム制御理論において非常に重要な概念として利用されている「伝達関数のゼロ点」および「ゼロダイナミクス」の概念を用いて、DFSを量子メモリとして用いるための一般的方法論を構築した。

研究成果

• [国際共同研究] Australian National University/University of New South Wales/University of New South Wales at ADFA(Australia)
• [国際共同研究] University of Nottingham(英国)
• [雑誌論文] Quantum feedback amplification (2016)
  • 著者名/発表者名: N. Yamamoto
  • 雑誌名: Physical Review Applied 巻: 5 号: 4 ページ: 044012-044012
  • DOI: 10.1103/physrevapplied.5.044012
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] System identification for passive linear quantum systems (2016)
  • 著者名/発表者名: M. Guta and N. Yamamoto
  • 雑誌名: IEEE Transaction on Automatic Control 巻: 61-4 号: 4 ページ: 921-936
  • DOI: 10.1109/tac.2015.2448491
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Coherent versus measurement feedback: Linear systems theory for quantum information (2014)
  • 著者名/発表者名: N. Yamamoto
  • 雑誌名: Physical Review X 巻: 4 号: 4 ページ: 041029-041029
  • DOI: 10.1103/physrevx.4.041029
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Zero dynamics principle for perfect quantum memory in linear networks (2014)
  • 著者名/発表者名: N. Yamamoto and M. R. James
  • 雑誌名: New Journal of Physics 巻: 16 号: 7 ページ: 073032-073032
  • DOI: 10.1088/1367-2630/16/7/073032
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Decoherence-free linear quantum subsystems (2014)
  • 著者名/発表者名: N. Yamamoto
  • 雑誌名: IEEE Transactions on Automatic Control 巻: 59 号: 7 ページ: 1845-1857
  • DOI: 10.1109/tac.2014.2313218
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Structure identification and state initialization of spin network with limited access (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. Kato and N. Yamamoto
  • 雑誌名: New Journal of Physics 巻: 16 号: 2 ページ: 023024-023024
  • DOI: 10.1088/1367-2630/16/2/023024
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Information amplification via postselection: A parameter estimation perspective (2013)
  • 著者名/発表者名: S. Tanaka and N. Yamamoto
  • 雑誌名: Physical Review A 巻: 88 号: 4 ページ: 42116-42116
  • DOI: 10.1103/physreva.88.042116
  • 査読あり
• [雑誌論文] Systems identification for passive linear quantum systems: The transfer function approach (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Guta and N. Yamamoto
  • 雑誌名: Proceedings of IEEE CDC 巻: 52
  • 査読あり
• [雑誌論文] Estimation and initialization of quantum network via continuous measurement on single node (2013)
  • 著者名/発表者名: Y. Kato and N. Yamamoto
  • 雑誌名: Proceedings of IEEE CDC 巻: 52
  • 査読あり
• [雑誌論文] Deterministic generation of Gaussian pure states in a quasilocal dissipative system (2013)
  • 著者名/発表者名: Y. Ikeda and N. Yamamoto
  • 雑誌名: Physical Review A 巻: 87 号: 3 ページ: 33802-33802
  • DOI: 10.1103/physreva.87.033802
  • 査読あり
• [雑誌論文] Robust adaptive measurement scheme for qubit-state preparation (2012)
  • 著者名/発表者名: S. Tanaka and N. Yamamoto
  • 雑誌名: Physical Review A 巻: 86 号: 6 ページ: 62331-62331
  • DOI: 10.1103/physreva.86.062331
  • 査読あり
• [雑誌論文] Distributed entanglement generation between continuous-mode Gaussian fields with measurement-feedback enhancement (2012)
  • 著者名/発表者名: H. I. Nurdin and N. Yamamoto
  • 雑誌名: Physical Review A 巻: 86 号: 2 ページ: 22337-22337
  • DOI: 10.1103/physreva.86.022337
  • 査読あり
• [雑誌論文] Experimental demonstration of coherent feedback control on optical field squeezing (2012)
  • 著者名/発表者名: S. Iida, M. Yukawa, H. Yonezawa, N. Yamamoto, and A. Furusawa
  • 雑誌名: IEEE Transaction on Automatic Control 巻: 57 号: 8 ページ: 2045-2050
  • DOI: 10.1109/tac.2012.2195831
  • 査読あり
• [雑誌論文] Pure Gaussian state generation via dissipation: A quantum stochastic differential equation approach (2012)
  • 著者名/発表者名: N. Yamamoto
  • 雑誌名: Phil. Trans. Roy. Soc. A 巻: 370 号: 1979 ページ: 5324-5337
  • DOI: 10.1098/rsta.2011.0529
  • 査読あり
• [学会発表] Quantum information with linear control theory (2016)
  • 著者名/発表者名: N. Yamamoto
  • 学会等名: EMN Meeting on Quantum
  • 発表場所: Phuket (Thailand)
  • 年月日: 2016-04-08
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Quantum linear feedback control with entanglement assistance (2015)
  • 著者名/発表者名: N. Yamamoto and T. Mikami
  • 学会等名: 54th IEEE Conference on Decision and Control
  • 発表場所: Osaka (Japan)
  • 年月日: 2015-12-15
  • 国際学会
• [学会発表] コヒーレントH2制御による近似Back-action evasion (2015)
  • 著者名/発表者名: 横寺裕、山本直樹
  • 学会等名: 第33回量子情報技術研究会
  • 発表場所: NTT厚木研究開発センタ (神奈川県厚木市)
  • 年月日: 2015-11-24
• [学会発表] 最適制御による線形量子メモリへの完全状態転送 (2015)
  • 著者名/発表者名: 中尾英明、山本直樹
  • 学会等名: 第33回量子情報技術研究会
  • 発表場所: NTT厚木研究開発センタ (神奈川県厚木市)
  • 年月日: 2015-11-24
• [学会発表] Quantum feedback amplification (2015)
  • 著者名/発表者名: N. Yamamoto
  • 学会等名: 10th Principles and Applications of Control in Quantum Systems
  • 発表場所: Sydney (Australia)
  • 年月日: 2015-08-20
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Zero dynamics principle for perfect quantum memory in linear networks (2014)
  • 著者名/発表者名: 山本直樹
  • 学会等名: 第31回量子情報技術研究会
  • 発表場所: 東北大学 (宮城県 仙台市)
  • 年月日: 2014-11-17 – 2014-11-18
• [学会発表] Preparation of pure Gaussian states via cascaded quantum systems (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Ma, M. J. Woolley, I. R. Petersen, and N. Yamamoto
  • 学会等名: IEEE Multi-Conference on Systems and Control
  • 発表場所: Antibes (France)
  • 年月日: 2014-10-08 – 2014-10-10
• [学会発表] System identification for quantum linear systems and spin networks (2014)
  • 著者名/発表者名: N. Yamamoto
  • 学会等名: Isaac Newton Institute Program Series
  • 発表場所: Cambridge (UK)
  • 年月日: 2014-07-28 – 2014-08-08
  • 招待講演
• [学会発表] The information inequality in postselection on parameter estimation problems (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Tanaka and N. Yamamoto
  • 学会等名: APS March Meeting
  • 発表場所: Denver, Colorado, USA
• [学会発表] Decoherence-free linear quantum subsystems (2013)
  • 著者名/発表者名: N. Yamamoto
  • 学会等名: ECM13
  • 発表場所: Hong Kong
  • 招待講演
• [学会発表] Quantum feedback experiments and applications (2013)
  • 著者名/発表者名: N. Yamamoto
  • 学会等名: 52nd IEEE CDC
  • 発表場所: Florence, Italy
  • 招待講演
• [学会発表] Coherent versus measurement feedback control: Some no-go theorems (2013)
  • 著者名/発表者名: N. Yamamoto
  • 学会等名: 8th PRACQSYS
  • 発表場所: Monterey, CA, USA
  • 招待講演
• [学会発表] Decoherence-free linear quantum systems (2013)
  • 著者名/発表者名: N. Yamamoto
  • 学会等名: APPC12
  • 発表場所: Chiba, Japan
  • 招待講演
• [学会発表] Fault detection of decoherence free subsystems (2013)
  • 著者名/発表者名: S. Iida and N. Yamamoto
  • 学会等名: 8th PRACQSYS
  • 発表場所: Monterey, CA, USA
• [学会発表] LQG measurement-feedback control of distributed entanglement generation between continuous-mode Gaussian fields (2012)
  • 著者名/発表者名: H. Nurdin and N. Yamamoto
  • 学会等名: 51st IEEE Conference on Decision and Control (CDC)
  • 発表場所: Maui, HI, USA
• [学会発表] 量子揺らぎのフィードバック制御 (2012)
  • 著者名/発表者名: 山本直樹
  • 学会等名: 日本物理学会・第68回秋季大会
  • 発表場所: 横浜国立大学
  • 招待講演
• [学会発表] Quantum information with linear control theory (2012)
  • 著者名/発表者名: N. Yamamoto
  • 学会等名: 7th Principles and Applications of Control in Quantum Systems (PRACQSYS)
  • 発表場所: Univ. Tokyo
  • 招待講演
• [学会発表] Robust quantum LQG control of the opto-mechanical sensors for the phase uncertainty of the input field (2012)
  • 著者名/発表者名: S. Iida and N. Yamamoto
  • 学会等名: 7th Principles and Applications of Control in Quantum Systems (PRACQSYS)
  • 発表場所: Univ. Tokyo
• [学会発表] Adaptive Zeno measurement for qubit state preparation (2012)
  • 著者名/発表者名: S. Tanaka and N. Yamamoto
  • 学会等名: 7th Principles and Applications of Control in Quantum Systems (PRACQSYS)
  • 発表場所: Univ. Tokyo
• [学会発表] Deterministic pure Gaussian state generation via quasi-local dissipative interaction (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Ikeda and N. Yamamoto
  • 学会等名: 7th Principles and Applications of Control in Quantum Systems (PRACQSYS)
  • 発表場所: Univ. Tokyo