光周波数領域におけるユニバーサル量子操作（国際共同研究強化）

2018 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15KK0164
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 山本 俊 大阪大学, 基礎工学研究科, 教授 (10403130)
• 研究期間 (年度): 2015 – 2018
• キーワード: 量子光学 / 量子情報 / 単一光子 / 波長変換 / 量子ネットワーク / 量子エレクトロニクス / 微小共振器 / 量子コンピューター

研究実績の概要

本年度は本研究課題において昨年度滞在し、実験を行ったサセックス大学での共同研究であるトラップされたイオンから発生した単一光子の周波数を変換および１０kmの光ファイバー送信の成果をハイインパクトな雑誌であるPhysical Review Letters誌に論文掲載を果たし、プレスリリースを含め、成果を広く普及させることができた。また、さらなる国際共同研究の強化のために、サセックス大学のグループと新たな共同研究テーマを設定し、予算獲得のための活動を双方で行っている。本研究では非線形光学効果の増強による光子源や光子の量子操作を可能にする量子光学を目指しており、本課題である「光周波数領域におけるユニバーサル量子操作」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操作を研究を行った。多重化を現実的な励起光強度で実現するためには、非線形光学効果の増強が重要となる。高いQ値を実現する微小光共振器においてはこの非線形光学効果の増強が顕著であり、様々な非線形光学現象が観測されている。現在、このような理想的な光共振器はWhispering-Gallery Mode(WGM)型のものが世界的に研究されており、高いQ値が実現されている。微小光共振器のうち、ボトル型光共振器の作成の自動化した微小共振器作成方法を確立し、その利用を行った。また、2次の非線形光学結晶であるPPLN導波路に光共振器構造を付加することで、非線形光学効果を増強し、高効率なパラメトリック増幅を実現し、これによる単一光子発生の確認を行った。

研究成果

• [国際共同研究] ペンシルベニア州立大学(米国) (2018)
  • 年月日: 2018-08-30 – 2018-10-07
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: ペンシルベニア州立大学
  • 主な海外共同研究者名: Sahin Ozdemir
  • 部局: Engineering Science
  • 職名: 准教授
  • 渡航先外国機関変更承認日: 2018年7月19日
• [国際共同研究] サセックス大学(英国) (2017)
  • 年月日: 2017-09-01 – 2017-09-30
  • 国名: 英国
  • 外国機関名: サセックス大学
  • 主な海外共同研究者名: Matthias Keller
  • 部局: 電子分子光物理グループ
  • 職名: グループリーダー
  • 渡航先外国機関変更承認日: 2018年7月19日
• [国際共同研究] ワシントン大学セントルイス(米国) (2016)
  • 年月日: 2016-04-26 – 2016-10-01
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: ワシントン大学セントルイス
  • 主な海外共同研究者名: Lan Yang
  • 部局: 電気電子システム工学
  • 職名: 教授
  • 渡航先外国機関変更承認日: 2018年7月19日
• [雑誌論文] Quantum Information Processing with Superconducting Nanowire Single-Photon Detectors (2019)
  • 著者名/発表者名: Takashi Yamamoto
  • 雑誌名: IEICE Transactions on Electronics 巻: E102.C ページ: 224～229
  • DOI: 10.1587/transele.2018SDI0002
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Frequency comb generation in a quadratic nonlinear waveguide resonator (2018)
  • 著者名/発表者名: Ikuta Rikizo、Asano Motoki、Tani Ryoya、Yamamoto Takashi、Imoto Nobuyuki
  • 雑誌名: Optics Express 巻: 26 ページ: 15551～15551
  • DOI: 10.1364/OE.26.015551
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Long-Distance Single Photon Transmission from a Trapped Ion via Quantum Frequency Conversion (2018)
  • 著者名/発表者名: Walker Thomas、Miyanishi Koichiro、Ikuta Rikizo、Takahashi Hiroki、Vartabi Kashanian Samir、Tsujimoto Yoshiaki、Hayasaka Kazuhiro、Yamamoto Takashi、Imoto Nobuyuki、Keller Matthias
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 120 ページ: 203601
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.120.203601
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Active control of a plasmonic metamaterial for quantum state engineering (2018)
  • 著者名/発表者名: Uriri S. A.、Tashima T.、Zhang X.、Asano M.、Bechu M.、Guney D. O.、Yamamoto T.、Ozdemir S. K.、Wegener M.、Tame M. S.
  • 雑誌名: Physical Review A 巻: 97 ページ: 053810
  • DOI: 10.1103/PhysRevA.97.053810
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] Frequency comb generation in a quadratic nonlinear waveguide resonator (2019)
  • 著者名/発表者名: Rikizo Ikuta, Motoki Asano, Ryoya Tani, Takashi Yamamoto, Nobuyuki Imoto
  • 学会等名: SPIE Photonic West
  • 国際学会
• [学会発表] Long-distance single photon transmission from a trapped ion via quantum frequency conversion (2018)
  • 著者名/発表者名: Thomas Walker, Koichiro Miyanishi, Rikizo Ikuta, Hiroki Takahashi, Samir Vartabi Kashanian, Yoshiaki Tsujimoto, Kazuhiro Hayasaka, Takashi Yamamoto, Nobuyuki Imoto, Matthias Keller
  • 学会等名: QTech2018 (Quantum Technology International Conference 2018)
  • 国際学会
• [学会発表] 光と量子ネットワーク (2018)
  • 著者名/発表者名: 山本俊
  • 学会等名: 第3回フォトニクス分科会
  • 招待講演
• [産業財産権] 量子演算方法 (2015)
  • 発明者名: 東浩司、向井哲哉、生田力三、山本俊、井元信之
  • 権利者名: 東浩司、向井哲哉、生田力三、山本俊、井元信之
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 6395224