多光子の無損失な波長変換法の構築と大規模量子計算への応用

• 研究課題/領域番号: 26706021
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 一部基金
• 研究分野: 光工学・光量子科学
• 研究機関: 日本電信電話株式会社NTT物性科学基礎研究所
• 研究代表者: 松田 信幸 日本電信電話株式会社NTT物性科学基礎研究所, 量子光物性研究部, 研究主任 (10587695)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2017-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2016年度)
• 配分額: 24,310千円 (直接経費: 18,700千円、間接経費: 5,610千円); 2016年度: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円); 2015年度: 7,150千円 (直接経費: 5,500千円、間接経費: 1,650千円); 2014年度: 12,870千円 (直接経費: 9,900千円、間接経費: 2,970千円)
• キーワード: 量子光学 / 非線形光学 / 量子情報 / 光ファイバ

研究成果の概要

量子情報通信において重要な単一光子の波長変換技術に関する新規手法を構築した。光ファイバ中の相互位相変調(XPM)を用い、従来法では困難であった常に効率100%の光子波長変換技術を確立するとともに、最大0.4 THzの光子波長シフトなどに成功した。変換に伴い単一光子の光子統計性や他の光子との量子もつれが保持されていることを確認し、本手法が量子情報通信実験へと適用可能であることを示した。さらに被変調光子数を増やし、相関2光子スペクトルの外部変調や、識別不可能な4光子の周波数空間ボゾン出力分布の観測に成功した。加えて、XPMを用いた時間領域光全反射という新たな光状態制御技術の知見を得た。

研究成果

• [雑誌論文] Deterministic reshaping of single-photon spectra using cross-phase modulation (2016)
  • 著者名/発表者名: Nobuyuki Matsuda
  • 雑誌名: Science Advances 巻: 2 号: 3
  • DOI: 10.1126/sciadv.1501223
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [学会発表] Spectral and spatial manipulation of single photons (2017)
  • 著者名/発表者名: Nobuyuki Matsuda
  • 学会等名: JSAP Workshop on Quantum Information and Related Fields
  • 発表場所: 国立情報学研究所(東京都千代田区)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 時間領域における光全反射の観測に向けて (2017)
  • 著者名/発表者名: 松田信幸
  • 学会等名: 日本物理学会第72回年次大会
  • 発表場所: 大阪大学(大阪府豊中市)
• [学会発表] Controlling two-photon frequency entanglement using cross-Kerr effect (2016)
  • 著者名/発表者名: Nobuyuki Matsuda
  • 学会等名: International Conference on Quantum Communication, Measurement and Computing (QCMC) 2016
  • 発表場所: National University of Singapore, Singapore
  • 年月日: 2016-07-04
  • 国際学会
• [学会発表] Spectral engineering of single photon wave packets using cross phase modulation (2016)
  • 著者名/発表者名: Nobuyuki Matsuda
  • 学会等名: Spectral & Spatial Engineering of Quantum Light
  • 発表場所: University of Warsaw, Poland
  • 年月日: 2016-03-31
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Integrated optical waveguides for photonic quantum information devices (2016)
  • 著者名/発表者名: Nobuyuki Matsuda
  • 学会等名: Nano-optics/photonics international young researchers meeting
  • 発表場所: 京都工芸繊維大学
  • 年月日: 2016-03-09
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 集積フォトニクス技術を用いた光量子情報デバイス (2016)
  • 著者名/発表者名: 松田信幸
  • 学会等名: レーザー学会学術講演会第36回年次大会
  • 発表場所: 名城大学
  • 年月日: 2016-01-11
  • 招待講演
• [学会発表] Spectral and spatial manipulation of single photons in optical waveguides (2016)
  • 著者名/発表者名: Nobuyuki Matsuda
  • 学会等名: UK-Japan Quantum Communication Workshop series III
  • 発表場所: 駐日英国大使館(東京都千代田区)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 相互位相変調を用いた二光子量子もつれ状態の操作 (2015)
  • 著者名/発表者名: 松田信幸
  • 学会等名: 第76回応用物理学会秋季学術講演会、15p-2M-5
  • 発表場所: 名古屋国際会議場
  • 年月日: 2015-09-17
• [学会発表] Controlling frequency distinguishability of photons using cross phase modulation (2015)
  • 著者名/発表者名: Nobuyuki Matsuda
  • 学会等名: CLEO: 2015, OSA Technical Digest (online) (Optical Society of America, 2015), paper FTu2A.3.
  • 発表場所: San Jose, CA
  • 年月日: 2015-05-12
  • 国際学会
• [学会発表] Single-photon frequency conversion using cross-phase modulation (2014)
  • 著者名/発表者名: Nobuyuki Matsuda
  • 学会等名: CLEO: 2014, OSA Technical Digest (online) (Optical Society of America, 2014), paper FW1A.6.
  • 発表場所: San Jose, CA
  • 年月日: 2014-06-11
• [学会発表] 相互位相変調を用いた単一光子の量子周波数変換 (2014)
  • 著者名/発表者名: 松田信幸
  • 学会等名: レーザ・量子エレクトロニクス研究会（LQE）
  • 発表場所: 福井大学
  • 年月日: 2014-05-22
• [備考] 研究代表者のwebページ
  • URL: http://www.brl.ntt.co.jp/people/nmatsuda/
• [備考] NTT持株会社ニュースリリース
  • URL: http://www.ntt.co.jp/news2016/1603/160326a.html
• [備考] 量子情報通信のための、 単一光子の波長変換に関する新手法を構築
  • URL: http://www.brl.ntt.co.jp/J/2016/03/latest_topics_201603262111.html
• [備考] 研究代表者のWebページ
  • URL: http://www.brl.ntt.co.jp/people/nmatsuda/