半導体発光素子による光子数量子状態発生と量子光学

2012 年度 研究成果報告書

• 研究領域: 半導体における動的相関電子系の光科学
• 研究課題/領域番号: 20104003
• 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
• 審査区分: 理工系
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 井元 信之 大阪大学, 大学院・基礎工学研究科, 教授 (00313479)
• 研究期間 (年度): 2008 – 2012
• キーワード: 動的相関光科学 / 非古典光 / 光と物質の相互作用 / 非線形光学 / 量子情報

研究概要

波長変換の実験は成功し、通信波長とデバイス波長間の変換のラインナップが完成した。これは報道発表が多数なされるに至った。マイクロトロイド共振器を念頭に光Kerr効果を使った量子非破壊測定をどこまで改良できるかについては海外との共同研究も成功し、Optics Express誌で論文発表した。マイクロトロイドの光応答特性測定については、光速度のslowing downの観測までに至った。「単一光子」度の許容範囲については、実は許容範囲が相当大きいことが判明し、実験家に対する朗報となった。これは日経新聞で報道された。

研究成果

• [雑誌論文] Fundamental limit to qubit control with coherent field (2013)
  • 著者名/発表者名: Kazuhiro Igeta, Nobuyuki Imoto, and Masato Koashi
  • 雑誌名: Phys. Rev. A 巻: 87 ページ: 022321-1-8
• [雑誌論文] Measurement-Based Quantum Computation on Symmetry Breaking Thermal States, (selected to Editors' suggestion) (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Fujii, Y. Nakata, M. Ohzeki, and M. Murao
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett 巻: 110 ページ: 120502
  • 査読あり
• [雑誌論文] High-fidelity conversion of photonic quantum information to telecommunication wavelength with superconducting single-photon detectors (2013)
  • 著者名/発表者名: Rikizo Ikuta, Hiroshi Kato, Yoshiaki Kusaka, Shigehito Miki, Taro Yamashita, Hirotaka Terai, Mikio Fujiwara, Takashi Yamamoto, Masato Koashi, Masahide Sasaki, Zhen Wang, and Nobuyuki Imoto
  • 雑誌名: Phys. Rev. A 巻: 87 ページ: 010301(R)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Duality analysis on random planar lattices (2012)
  • 著者名/発表者名: M. Ohzeki and K. Fujii
  • 雑誌名: Physical Review E 巻: 86 ページ: 051121
• [雑誌論文] Error and loss tolerances of surface codes with general lattice structures (2012)
  • 著者名/発表者名: Keisuke Fujii and Yuuki Tokunaga
  • 雑誌名: Phys. Rev. A 巻: 86 ページ: 020303(R)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Blind topological measurement-based quantum computation (2012)
  • 著者名/発表者名: Tomoyuki Morimae and Keisuke Fujii
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 3 ページ: 1036
  • 査読あり
• [雑誌論文] A strange weak value in spontaneous pair productions via a supercritical step potential (2012)
  • 著者名/発表者名: Kazuhiro Yokota and Nobuyuki Imoto
  • 雑誌名: New J. Phys 巻: 14 ページ: 083021
• [雑誌論文] Not all physical errors can be linear CPTP maps in a correlationspace (2012)
  • 著者名/発表者名: Tomoyuki Morimae and Keisuke Fujii
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 2 ページ: 508
  • 査読あり
• [雑誌論文] Quantum repeaters and computation by a single module: Remote nondestructive parity measurement (2012)
  • 著者名/発表者名: Koji Azuma, Hitoshi Takeda, Masato Koashi, and Nobuyuki Imoto
  • 雑誌名: Phys. Rev. A 巻: 85 ページ: 062309-1-7
• [雑誌論文] Computational power and correlation in a quantum computational tensor network (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Fujii and T. Morimae
  • 雑誌名: Phys. Rev. A 巻: 85 ページ: 032338
  • 査読あり
• [雑誌論文] Topologicallyprotected measurement-basedquantum computation on the thermal state of a nearest-neighbor two-body Hamiltonian with spin-3/2 particles (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Fujii and T. Morimae
  • 雑誌名: Phys. Rev. A 巻: 85 ページ: 010304(R)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Wide-band quantum interface for visible-to-telecommunication wavelength conversion (2011)
  • 著者名/発表者名: Rikizo Ikuta, Yoshiaki Kusaka, Tsuyoshi Kitano, Hiroshi Kato, Takashi Yamamoto, Masato Koashi, and Nobuyuki Imoto
  • 雑誌名: Nat. Commun. 巻: 2 ページ: 537
  • DOI: doi:10.1038/ncomms1544
• [雑誌論文] An optical fusion gate for W-states (2011)
  • 著者名/発表者名: S. K. Ozdemir, E. Matsunaga, T. Tashima, T. Yamamoto, M. Koashi, and N. Imoto
  • 雑誌名: New J. Phys 巻: 13 ページ: 103003
• [雑誌論文] Cheat-sensitive commitment of a classical bit coded in a block of m x n round-trip qubits (2011)
  • 著者名/発表者名: Kaoru Shimizu, Hiroyuki Fukasaka, Kiyoshi Tamaki, and Nobuyuki Imoto
  • 雑誌名: Phys. Rev. A 巻: 84 ページ: 022308
• [雑誌論文] Efficient decoherence-free entanglement distribution over lossy quantum channels (2011)
  • 著者名/発表者名: Rikizo Ikuta, Yohei Ono, Toshiyuki Tashima, Takashi Yamamoto, Masato Koashi, and Nobuyuki Imoto
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett 巻: 106 ページ: 110503
• [雑誌論文] Optimal local expansion of W states using linear optics and Fock states (2011)
  • 著者名/発表者名: Rikizo Ikuta, Toshiyuki Tashima, Takashi Yamamoto, Masato Koashi, and Nobuyuki Imoto
  • 雑誌名: Phys. Rev. A 巻: 83 ページ: 012314
• [雑誌論文] Demonstration of Local Expansion Toward Large-Scale Entangled Webs (2010)
  • 著者名/発表者名: Toshiyuki Tashima, Tsuyoshi Kitano, Sahin Kaya Ozdemir, Takashi Yamamoto, Masato Koashi, and Nobuyuki Imoto
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett 巻: 105 ページ: 210503
• [雑誌論文] Comparison of timing jitter between NbN superconducting single-photon detector and avalanche photodiode (2010)
  • 著者名/発表者名: T. Seki, H. Shibata, H. Takesue, Y. Tokura, N. Imoto
  • 雑誌名: Physical C 巻: 470 ページ: 1534-1537
• [雑誌論文] Tight bound on coherent-state-based entanglement generation over lossy channels (2010)
  • 著者名/発表者名: Koji Azuma, Naoya Sota, Masato Koashi, and Nobuyuki Imoto
  • 雑誌名: Phys. Rev. A 巻: 81 ページ: 022325
• [雑誌論文] Optimal entanglement generation for efficient hybrid quantum repeaters (2009)
  • 著者名/発表者名: Koji Azuma, Naoya Sota, Ryo Namiki, Sahin Kaya Ozdemir, Takashi Yamamoto, Masato Koashi, and Nobuyuki Imoto
  • 雑誌名: Phys. Rev. A 巻: 80 ページ: 060303(R)
• [雑誌論文] Boosting up quantum key distribution by learning statistics of practical single-photon sources (2009)
  • 著者名/発表者名: Yoritoshi Adachi, Takashi Yamamoto, Masato Koashi, Nobuyuki Imoto
  • 雑誌名: New J. Phys 巻: 11 ページ: 113033
• [雑誌論文] Optimal mirror phase-covariant cloning (2009)
  • 著者名/発表者名: Karol Bartkiewicz, Adam Miranowicz, and Sahin Kaya Ozdemir
  • 雑誌名: Phys. Rev. A 巻: 80 ページ: 032306
• [雑誌論文] Unconditional security of the Bennett1992quantum-key-distribution scheme with a strong reference pulse (2009)
  • 著者名/発表者名: K. Tamaki, N. Lutkenhaus, M. Koashi, and J. Batuwantudawe
  • 雑誌名: Phys. Rev. A 巻: 80 ページ: 032302:1--9
• [雑誌論文] Simple security proof of quantum key distribution based on complementarity (2009)
  • 著者名/発表者名: Masato Koashi
  • 雑誌名: New J. Phys 巻: 11 ページ: 045018
• [雑誌論文] Local Transformation of Two Einstein-Podolsky-Rosen Photon Pairs into a Three-Photon W State (2009)
  • 著者名/発表者名: Toshiyuki Tashima, Tetsuroh Wakatsuki, Sahin Kaya Ozdemir, Takashi Yamamoto, Masato Koashi, and Nobuyuki Imoto
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett 巻: 102 ページ: 130502
• [雑誌論文] Direct observation of Hardy's paradox by joint weak measurement with an entangled photon pair (2009)
  • 著者名/発表者名: Kazuhiro Yokota, Takashi Yamamoto, Masato Koashi, Nobuyuki Imoto
  • 雑誌名: New J. Phys 巻: 11 ページ: 033011
  • DOI: IOP press release - Quantum paradox directly observed - a milestone in quantum mechanics, New Journal of Physics - Best of 2009
• [雑誌論文] Compact Toffoli gate using weighted graph states (2009)
  • 著者名/発表者名: M. S. Tame, S. K. Ozdemir, M. Koashi, N. Imoto, M. S. Kim
  • 雑誌名: Phys. Rev. A 巻: 79 ページ: 020302
• [雑誌論文] Local expansion of photonic W state using a polarization dependent beamsplitter (2009)
  • 著者名/発表者名: Toshiyuki Tashima, Sahin Kaya Ozdemir, Takashi Yamamoto, Masato Koashi, Nobuyuki Imoto
  • 雑誌名: New J. Phys 巻: 11 ページ: 023024
• [学会発表] Visible-to-Telecommunication wavelength conversion of single photons and its applications (2013)
  • 著者名/発表者名: T.Yamamoto
  • 学会等名: The 11th US-Japan Joint Seminar on Quantum Electronics and Laser Spectroscopy "Ultimate Quantum Systems of Light and Matter- ControlandApplications
  • 発表場所: Nara Prefectural New Public Hall, Japan
  • 年月日: 2013-04-09
• [学会発表] Two-state formalism and photonic quantum information processing (2013)
  • 著者名/発表者名: N. Imoto
  • 学会等名: The 11th US-Japan Joint Seminar on Quantum Electronics and Laser, Spectroscopy "Ultimate Quantum Systems of Light and Matter- Control andApplications"
  • 発表場所: Nara Prefectural New Public Hall, Japan
  • 年月日: 2013-04-04
• [学会発表] Non-classical two-photon interference between telecom light pulses converted by difference-frequency generation (2013)
  • 著者名/発表者名: R. Ikuta
  • 学会等名: The 11th US-Japan Joint Seminar on Quantum Electronics and Laser Spectroscopy "Ultimate Quantum Systems of Light and Matter- ControlandApplications
  • 発表場所: Nara Prefectural New Public Hall, Japan
  • 年月日: 2013-04-04
• [学会発表] イジング分配関数の複雑性と量子計算 (2013)
  • 著者名/発表者名: 松尾亮,藤井啓祐,井元信之
  • 学会等名: 日本物理学会第68回年次大会
  • 発表場所: 広島大学 東広島キャンパス
  • 年月日: 2013-03-28
• [学会発表] 4量子ビット局所系を用いた分散型量子計算 (2013)
  • 著者名/発表者名: 藤井啓祐,山本俊,小芦雅斗,井元信之
  • 学会等名: 日本物理学会第68回年次大会
  • 発表場所: 広島大学 東広島キャンパス
  • 年月日: 2013-03-28
• [学会発表] 量子Bang-Bang制御によるデコヒーレンス抑制の限界 (2013)
  • 著者名/発表者名: 井桁和浩,井元信之,小芦雅斗
  • 学会等名: 日本物理学会第68回年次大会
  • 発表場所: 広島大学 東広島キャンパス
  • 年月日: 2013-03-28
• [学会発表] A Photonic Quantum InterfaceforVisible-to-Telecommunicatio n Wavelength Conversion (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Yamamoto, R. Ikuta, M. Koashi, N. Imoto
  • 学会等名: IEEE PHOTONICS CONFERENCE 2012
  • 発表場所: Hyatt Regency San Francisco Airport, USA
  • 年月日: 2012-09-26
• [学会発表] On the robustness of quantum communication based on decoherence-free subspace using counter propagating weak coherent laser light (2012)
  • 著者名/発表者名: Hidetoshi Kumagai, Takashi Yamamoto, Masato Koashi and Nobuyuki Imoto
  • 学会等名: International Conference on Quantum Foundation and Technology (ICQFT 2012)
  • 発表場所: Dunhuang Hotel, Dunhuang, China
  • 年月日: 2012-08-25
• [学会発表] A distributed architecture for scalable quantum computation with realistically noisy devices (2012)
  • 著者名/発表者名: Keisuke Fujii, Takashi Yamamoto, Masato Koashi, and Nobuyuki Imoto
  • 学会等名: DYCE International Workshop
  • 発表場所: Kussharo Prince Hotel, Hokkaido, Japan
  • 年月日: 2012-08-19
• [学会発表] High-fidelity frequency down-conversion of visible entangled photon pairs with superconducting single-photon detectors (2012)
  • 著者名/発表者名: R. Ikuta, H. Kato, Y. Kusaka, S. Miki, T. Yamashita, H. Terai, M. Fujiwara, T. Yamamoto, M. Koashi, M. Sasaki, Z. Wang, N. Imoto
  • 学会等名: 11th International Conference on Quantum Communication, Measurement, and Computing (QCMC 2012)
  • 発表場所: Vienna University of Technology, Vienna, Austria
  • 年月日: 2012-07-30
• [学会発表] Thresholds of surface codes on the general lattice structures suffering biased error and loss (2012)
  • 著者名/発表者名: Keisuke Fujii and Yuuki Tokunaga
  • 学会等名: 11th International Conference on Quantum Communication, Measurement, and Computing (QCMC 2012)
  • 発表場所: Vienna University of Technology, Vienna, Austria
  • 年月日: 2012-07-30
• [学会発表] Fault-tolerant quantum computation and communication on a distributed 2D array of small local systems (2012)
  • 著者名/発表者名: Keisuke Fujii, Takashi Yamamoto, Masato Koashi, and Nobuyuki Imoto
  • 学会等名: 11th International Conference on QuantumCommunication,Measurement,andComputing(QCMC2012)
  • 発表場所: Vienna University of Technology, Vienna, Austria
  • 年月日: 2012-07-30
• [学会発表] Photonic quantum communication with noisy and lossy channels (2012)
  • 著者名/発表者名: Nobuyuki Imoto
  • 学会等名: Quantum 2012 (Advances in Foundations of Quantum Mechanics and Quantum Information with atoms and photons)
  • 発表場所: Turin, Italy
  • 年月日: 2012-05-24
• [図書] 「人物で学ぶ物理10」～仮説クリエーターとしてのデイヴィッド・ボーム～ (2013)
  • 著者名/発表者名: 井元信之
  • 総ページ数: 32
  • 出版者: 数理科学, 3月号 No.597, 「Manipulating the color and shape of single photons」, Physics Today, Volume 65 Issue 11
• [図書] シュレーディンガーの鳥 (2011)
  • 著者名/発表者名: 井元信之,V.ヴェドゥラル/井元信之訳監修
  • 出版者: 日経サイエンス2011年10月号
• [図書] 弱い量子測定によるハーディーのパラドックスの観測 (2010)
  • 著者名/発表者名: 横田一広、井元信之
  • 総ページ数: 606-613
  • 出版者: 日本物理学会誌 Vol.65, No.8, 2010年8月号
• [図書] 広がる光量子情報技術 (2010)
  • 著者名/発表者名: 山本俊
  • 総ページ数: 8-10
  • 出版者: パリティ Vol.25 No.01 2010年1月号
• [図書] 現代数理科学事典, 編集委員会代表:広中平祐, 「2.8量子情報」 (2009)
  • 著者名/発表者名: 井元信之
  • 総ページ数: 137-145
  • 出版者: 丸善
• [図書] 光科学研究の最前線, p.9「量子情報」p.18「量子測定」 (2009)
  • 著者名/発表者名: 井元信之
  • 総ページ数: 9,18
  • 出版者: 同編集委員会編
• [図書] 基礎からの量子光学, 松岡正浩・江馬一弘・平野琢也・岩本敏監修, 「量子情報処理と光子の利用」 (2009)
  • 著者名/発表者名: 井元信之
  • 総ページ数: 275-288
  • 出版者: オプトロニクス社
• [図書] 量子の"開かずの間"をのぞき見る (2009)
  • 著者名/発表者名: 井元信之、横田一広
  • 総ページ数: 29-35
  • 出版者: 日経サイエンス Vol.39 No.10(2009年10月号)
• [図書] 量子の世界,複製不可能定理 (2009)
  • 著者名/発表者名: ウィリアム・ウーターズ,ヴォイチェフ・ズーレック,山本俊 訳
  • 総ページ数: 44-47
  • 出版者: パリティ Vol.24 No.08 2009年8月号
• [図書] 量子の新時代(朝日新書), 著者:佐藤文隆、井元信之、尾関章 (2009)
  • 著者名/発表者名: 井元信之
  • 出版者: 朝日新聞出版
  • URL: ISBN:978-4-02-273287-3
• [図書] 多体エンタングルメント情報処理 (2009)
  • 著者名/発表者名: 井元信之
  • 総ページ数: 42-47
  • 出版者: 数理科学第47巻第2号
• [図書] 量子情報処理と光子の利用 (2008)
  • 著者名/発表者名: 井元信之
  • 総ページ数: 165-173
  • 出版者: 月刊オプトロニクス第27巻 第320号
• [図書] 光量子もつれクラスター状態を用いた量子演算の実装実験 (2008)
  • 著者名/発表者名: 徳永裕己
  • 出版者: 光学 第37巻 第12号
• [図書] 隠れた変数ーベル不等式などー
  • 著者名/発表者名: 井元信之
  • 総ページ数: 40-45
  • 出版者: 数理科学, 2011年7月号(特集:「隠れた」物理法則)