研究課題
本研究では、光周波数を基底状態とした多次元ヒルベルト空間上の量子状態を自在に操作することができるユニバーサル量子操作を目指している。本年度は光周波数変換による量子ビット状態への操作と射影測定を目指した研究を行った。光周波数変換は２次の非線形光学効果による和・差周波発生により行う。非線形光学媒質として導波路型PPLNを用いて実験を行った。線形光学による量子操作はビームスプリッターを基本として実現される。これと同様の操作を光周波数領域で行うことが重要である。この光周波数スプリッターとも呼べる操作を線形光学におけるビームスプリッターに対応させるには、５０％の変換効率の達成が重要となる。本年度は、それを実験的に確認することができ、異なる周波数の２光子によるHong-Ou-Mandel干渉を世界で初めて観測することに成功し、Nature Photonics誌への掲載に成功した。この５０％の変換効率を達成した光周波数スプリッターを用いれば、マッハツェンダー干渉計に代表される１次の光干渉計を実現することが出来る。マッハツェンダー干渉計は１量子ビット操作の実現のために重要である。この動作確認のために、光周波数領域マッハツェンダー干渉計を構築し、励起光の位相変化により干渉計の位相変化が起きることも実験的に確認することができた。この実験はレーザー光を用いた実験であるため、単一光子で動作するのに十分に低雑音であるかが不明である。このため、実際に量子ビットを操作可能であるかを検証するために、波長変換過程での背景雑音光子発生レートを超伝導光子検出器により測定し、十分に量子ビットを操作可能な領域にあることを示すことが可能であることがわかった。
1: 当初の計画以上に進展している
非常にインパクトの高い実験に成功している。
このまま研究を継続すれば問題ない
すべて 2016
すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件、 謝辞記載あり 2件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (9件) (うち国際学会 4件)
Nature Photonics
巻: 10 ページ: 441-444
10.1038/nphoton.2016.74
Optica
巻: 3 ページ: 1279-1284
10.1364/OPTICA.3.001279
