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多原子と多光子の強結合ハイブリッド量子系の研究

公募研究

研究領域ハイブリッド量子科学
研究課題/領域番号 18H04293
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
研究機関早稲田大学

研究代表者

青木 隆朗  早稲田大学, 理工学術院, 教授 (10343146)

研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2020-03-31
研究課題ステータス 完了 (2019年度)
配分額 *注記
18,200千円 (直接経費: 14,000千円、間接経費: 4,200千円)
2019年度: 9,100千円 (直接経費: 7,000千円、間接経費: 2,100千円)
2018年度: 9,100千円 (直接経費: 7,000千円、間接経費: 2,100千円)
キーワード量子エレクトロニクス
研究実績の概要

平成31年度は、多原子強結合共振器QED系を独立に2台構築し、それらを光ファイバーで連結した結合共振器QED系を構築した。前年度と同様、ナノ光ファイバーは、研究代表者が開発したフレームブラシ法に基づく方法により作製した。具体的には、トーチのスキャンプロファイルを最適化し、長さ3mm程度のウェイスト部を持つナノファイバーを作製した。さらに、作製したナノファイバー共振器を新規に設計・作製した金属製真空チャンバーに導入した。真空チャンバー内に生成した磁気光学トラップ中の原子を、ナノファイバー共振器のウェイスト部における2色双極子トラップにロードし、多原子強結合共振器QED系を構築した。このようにして構築した2台の多原子強結合共振器QED系を光ファイバーで連結し、結合共振器QED系を構築した。
構築した全ファイバー結合共振器QED系に対して、原子と光子のコヒーレント相互作用により形成される5つの固有モードを全て分光学的に測定・同定することに成功した。これら5つの固有モードは、明モード、ファイバー暗モード、共振器暗モードに分類される。本研究の最も特筆すべき成果は、共振器暗モードを初めて観測したことにある。一般に暗モードは、コヒーレント結合系における複数の励起の破壊的な干渉により特定の励起が抑制されたモードであるが、本研究で観測した共振器暗モードは、原子からの放射とファイバーからの放射の破壊的な干渉により、原子が存在する共振器中の光子の励起が抑制されたモードである。これは、原子は励起されているにもかかわらず、局所的には電磁場にさらされていない、極めて特異なモードである。さらに、励起光強度依存性から、原子の非局所的な励起と飽和を観測した。

現在までの達成度 (段落)

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2019 実績報告書
  • 2018 実績報告書
  • 研究成果

    (16件)

すべて 2019 2018 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (2件) (うち国際共著 2件、 査読あり 2件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (13件) (うち国際学会 8件、 招待講演 9件)

  • [国際共同研究] University of Auckland(ニュージーランド)

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [雑誌論文] Cavity Dark Mode of Distant Coupled Atom-Cavity Systems2019

    • 著者名/発表者名
      Donald H. White, Shinya Kato, Nikolett Nemet, Scott Parkins, and Takao Aoki
    • 雑誌名

      Physical Review Letters

      巻: 122 号: 25 ページ: 253603-253603

    • DOI

      10.1103/physrevlett.122.253603

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Observation of dressed states of distant atoms with delocalized photons in coupled-cavities quantum electrodynamics2019

    • 著者名/発表者名
      Kato Shinya、Nemet Nikolett、Senga Kohei、Mizukami Shota、Huang Xinhe、Parkins Scott、Aoki Takao
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 10 号: 1 ページ: 1-6

    • DOI

      10.1038/s41467-019-08975-8

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] Cavity Quantum Electrodynamics with Optical Nanofibers and Trapped Atoms2019

    • 著者名/発表者名
      Takao Aoki
    • 学会等名
      Frontiers in Quantum Materials and Devices Workshop
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Coupled-cavities quantum electrodynamics with optical nanofibers and trapped atoms2019

    • 著者名/発表者名
      Takao Aoki
    • 学会等名
      Optical Nanofibre Applications 2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Coupled-Cavities Quantum Electrodynamics2019

    • 著者名/発表者名
      Takao Aoki
    • 学会等名
      Canada-Japan Workshop on Hybrid Quantum Systems
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 量子ネットワークに向けた全ファイバー結合共振器量子電気力学系2019

    • 著者名/発表者名
      青木隆朗
    • 学会等名
      第80回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Coupled-cavities quantum electrodynamics with optical nanofibers and trapped atoms2019

    • 著者名/発表者名
      青木隆朗
    • 学会等名
      応用物理学会量子情報グループ研究会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Coupled-cavities quantum electrodynamics with optical nanofibers and trapped atoms2019

    • 著者名/発表者名
      Takao Aoki
    • 学会等名
      Workshop on Selected Topics in Quantum Computation and Quantum Information
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] スケーラブルな光学的量子計算のためのナノファイバー共振器QED系2019

    • 著者名/発表者名
      青木隆朗
    • 学会等名
      電気情報通信学会 SNT研究会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Optimal condition for a cavity QED-based quantum gate2019

    • 著者名/発表者名
      Rui Asaoka, Rina Kanamoto, Yuuki Tokunaga, Takao Aoki
    • 学会等名
      APS March Meeting 2019
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 共振器 QEDに基づく量子ゲートのパラメータ最適化2019

    • 著者名/発表者名
      浅岡類, 後藤隼人, 徳永裕己, 金本理奈, 青木隆朗
    • 学会等名
      日本物理学会第74回年次大会(2019)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 共振器QED系による単一光子生成の時間波形と生成効率の検討2019

    • 著者名/発表者名
      宇津木健, 岸田楓馬, 徳永裕己, 後藤隼人, 青木隆朗
    • 学会等名
      日本物理学会第74回年次大会(2019)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Coupled-Cavities Quantum Electrodynamics2018

    • 著者名/発表者名
      青木隆朗
    • 学会等名
      Japan-US Joint Seminar on Quantum Electronics and Laser Spectroscopy
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Cavity QED with optical nanofibers and trapped atoms2018

    • 著者名/発表者名
      青木隆朗
    • 学会等名
      France-Japan Bilateral Workshop on Hybrid Quantum Systems
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Fundamental requirements for single photon generation using a nanofiber cavity QED2018

    • 著者名/発表者名
      Y. Tokunaga, H. Goto, S. Mizukami and T. Aoki
    • 学会等名
      International Conference on challenges in Quantum Information Science (CQIS2018)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会

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公開日: 2018-04-23   更新日: 2021-01-27  

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