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量子・古典対応を用いた散乱光センシングの解析

公募研究

研究領域散乱・揺らぎ場の包括的理解と透視の科学
研究課題/領域番号 21H05599
研究種目

学術変革領域研究(A)

配分区分補助金
審査区分 学術変革領域研究区分(Ⅱ)
研究機関群馬大学

研究代表者

鹿野 豊  群馬大学, 大学院理工学府, 准教授 (80634691)

研究期間 (年度) 2021-09-10 – 2023-03-31
研究課題ステータス 完了 (2022年度)
配分額 *注記
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2022年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
2021年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
キーワード線形光学 / 弱測定 / 量子測定 / 量子イメージング / ナノダイヤモンド / 弱値
研究開始時の研究の概要

光伝播における「量子・古典」対応を手がかりに、量子測定理論を線形光学領域での実験計画に用いること、更には、線形光学領域の知見を量子計測の技術的なボトルネックを解消することを目的とする。散乱・揺らぎ場の影響により歪んでしまう光学系の「焦点」を対象にすることで、温度変化における焦点位置変化による蛍光量変化の解析を行う。また、量子測定理論の知見を用いた光軸方向に光学系を変化させることのない焦点距離移動系を考案し、機械学習の知見と融合することにより、焦点距離の自動調整機能を実装する。

研究実績の概要

光波に関する光軸伝播の方程式に関して、2次元のシュレディンガー方程式と等価となるという「光の量子・古典対応」と呼ばれる現象を用いて、新規イメージング手法の提案を行ってきた。量子状態の可視化技術として研究代表者らのグループが発展させてきた弱値イメージング技術を更に発展させ、部分偏光状態へ適用した。また、焦点距離移動を出来る光学系を提案し、焦点位置の決定精度に関する新しい技術を開発することに成功した。これらはヤキール・アハロノフ博士らによって提唱された弱測定理論を応用していったことによると考えている。これにより、量子測定理論を土台とした新規イメージング技術の確立が出来たと解釈することが出来、今後もこの考え方の延長線上で検討を進めることが出来るプラットフォームを確立させることが出来た。
また、量子もつれ光状態に対する理論も完成させ、既に中国のグループとの国際共同研究で論文投稿もすませた。これにより、量子状態推定の一般論に拡張できる可能性を示すことが出来たと考えている。また最後に、光伝播位相の一つであるグイ位相の可視化技術を発展させることに理論的に解析することを行い、2次元上の画像からグイ位相を取り出す手法を提案することが出来、これを今後、実験的に実装できるように発展していけると考えている。
これら理論的な観点からも実験的な観点からも「光の量子・古典対応」から導かれる新しいイメージング技術の発展に寄与し、散乱透視学の学術変革領域に学術的な観点から貢献できたと考えている。

現在までの達成度 (段落)

令和4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4年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2022 実績報告書
  • 2021 実績報告書
  • 研究成果

    (11件)

すべて 2023 2022 2021 その他

すべて 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 3件、 査読あり 3件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (7件) (うち国際学会 3件、 招待講演 7件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Axion search with quantum nondemolition detection of magnons2022

    • 著者名/発表者名
      Tomonori Ikeda, Asuka Ito, Kentaro Miuchi, Jiro Soda, Hisaya Kurashige, and Yutaka Shikano
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 105 号: 10 ページ: 102004-102004

    • DOI

      10.1103/physrevd.105.102004

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Unsupervised learning architecture for classifying the transient noise of interferometric gravitational-wave detectors2022

    • 著者名/発表者名
      Yusuke Sakai, Yousuke Itoh, Piljong Jung, Keiko Kokeyama, Chihiro Kozakai, Katsuko T. Nakahira, Shoichi Oshino, Yutaka Shikano, Hirotaka Takahashi, Takashi Uchiyama, Gen Ueshima, Tatsuki Washimi, Takahiro Yamamoto, and Takaaki Yokozawa
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 12 号: 1 ページ: 9935-9935

    • DOI

      10.1038/s41598-022-13329-4

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Training Process of Unsupervised Learning Architecture for Gravity Spy Dataset2022

    • 著者名/発表者名
      Yusuke Sakai, Yousuke Itoh, Piljong Jung, Keiko Kokeyama, Chihiro Kozakai, Katsuko T. Nakahira, Shoichi Oshino, Yutaka Shikano, Hirotaka Takahashi, Takashi Uchiyama, Gen Ueshima, Tatsuki Washimi, Takahiro Yamamoto, and Takaaki Yokozawa
    • 雑誌名

      Annalen der Physik

      巻: - 号: 2 ページ: 2200140-2200140

    • DOI

      10.1002/andp.202200140

    • 関連する報告書
      2022 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] ハードウェアヘルスチェックの統計的視点:量子乱数生成と光干渉計型重力波検出器の事例を基に2023

    • 著者名/発表者名
      鹿野 豊
    • 学会等名
      第 42 回天文学に関する技術シンポジウム
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Quantum Computer Health Check via Quantum Random Number Generation2022

    • 著者名/発表者名
      Yutaka Shikano
    • 学会等名
      Frontiers of Quantum and Mesoscopic Thermodynamics (FQMT21)
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Weak-value imaging via quantum-classical correspondenc2022

    • 著者名/発表者名
      Yutaka Shikano
    • 学会等名
      0th Samahang Pisika ng Pilipinas (Physics Society of the Philippines) Physics Conference
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Quantum Nanodiamond Thermometry for Biological System2021

    • 著者名/発表者名
      Yutaka Shikano
    • 学会等名
      Frontiers of Quantum and Mesoscopic Thermodynamics (FQMT21)
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] コンセプト駆動科学と理論物理学の進展2021

    • 著者名/発表者名
      鹿野 豊
    • 学会等名
      第31 回日本神経回路学会全国大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 空間構造をもつ光の生成原理と応用2021

    • 著者名/発表者名
      鹿野 豊
    • 学会等名
      第38 回プラズマ・核融合学会年会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Quantum sensor meets model biology, Caenorhabditis elegans2021

    • 著者名/発表者名
      鹿野 豊
    • 学会等名
      自然科学研究機構サイトビジット基調講演
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 招待講演
  • [備考] 研究成果

    • URL

      https://sites.google.com/gunma-u.ac.jp/slab/research

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書

URL: 

公開日: 2021-10-22   更新日: 2023-12-25  

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