| 研究課題/領域番号 |
16H02214
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| 研究機関 | 大阪大学 |
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研究代表者 |
井元 信之 大阪大学, 基礎工学研究科, 教授 (00313479)
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| 研究分担者 |
早坂 和弘 国立研究開発法人情報通信研究機構, 未来ICT研究所量子ICT先端開発センター, 研究マネージャー (10359086)
三木 茂人 国立研究開発法人情報通信研究機構, 未来ICT研究所フロンティア創造総合研究室, 主任研究員 (30398424)
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| 研究期間 (年度) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| キーワード | 量子通信 / 量子情報 / 光通信 / エンタングルメント / 多体量子系 / 波長変換 / 超伝導光子検出器 / イオントラップ |
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| 研究実績の概要 |
本研究では従来にない機能をもつ量子測定を非従来型量子測定と位置づけ、これを用いた新奇多体量子システムを構築することを目的とする。筆頭は、通信波長に反応しない量子系を通信波長で動作させる量子操作および量子測定である。今期単一Ca+からの866nm単一光子を通信波長帯へ高効率に変換する量子周波数変換器の動作確認を行った。励起光に必要な2.0μm波長の1W狭線幅レーザーを導波型PPLNによる差周波発生で実現した。866nm単一光子を通信波長帯への変換に向けた性能評価も終え、学会発表を行う。
イオントラップ利用のため単一Ca+を共鳴光イオン化により生成し、レーザー冷却用半導体レーザー光源系を整備し、既存のイオントラップ装置でレーザー冷却して動作検証を完了した。単一Ca+からの波長866nm蛍光のAPD観測予備実験を実施し、200カウント/秒程度の光子数を観測した。
評価のため波長800nm帯での検出効率向上を目指し、非周期構造を有する誘電体多層膜上への超伝導単一講師検出素子の作製を行い、波長 808nmで検出効率82.7%、暗計数1カウント/秒以下を達成した。また光子数識別用超伝導単一磁束量子回路の検討および回路設計を実施した。
既存超伝導光子検出器(SNSPD, 80ps時間分解能)を用いた非同期光源による量子テレポーテーション実験に成功し学会発表した。一方、全光量子中継は基本回路として量子スイッチの光回路提案および初期の実験検結果を得ることができ、学会発表した。
新量子測定については物理量としての弱値の新しい役割を発見した。これは確率に対応する弱値が１のとき加えた操作通りの結果となるのに対し、－１のときは「逆の結果となるのである。これに関する理論論文を掲載し、現在実験検証法を検討している。弱値の親類であるモジュラー値を多次元化した一般化モジュラー値を提唱し、論文掲載した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
論文リストにあるように、今期出版した英論文は11本。内訳はNature Communications 1、Laser Photonics Review 1、New Journal of Physics 1、Optics Letters 1、Optics Express 1、Optica 1、Applied Physics Letters 1、Physical Review A 2、Physics Letters 1と、インパクトファクターの高い論文誌ばかりであった。質量ともに成果があった。
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| 今後の研究の推進方策 |
異周波数両誌測定による異原子量子システムについては、波長変換の波長領域拡大を行う。たとえば2μm波長域から可視光への（量子情報を変えない）光子波長変換のため新たな光増幅器により完成を目指す。現在観測しているCaイオントラップからの蛍光を単一モード光ファイバーに結合する光学系の開発も並行して進める。
超光速量子測定による光量子システムについては、既存の超伝導光子検出器を用い、今期成功した「非同期光源による量子テレポーテーション基礎技術」を用いてGHZ状態（最も重要な多体エンタングルメントの一つ）を「非同期的に」実現する。一方、現在並行して開発を進めている別タイプの超伝導光子検出器SNSPDは継続して進め、これらの実験の統一化を目指す。
弱値やモジュラー値などの新奇量子測定システムについては、上記概要でも触れたように、提案した弱値の新しい利用法について実験検証を行う。また弱値やモジュラー値とベリー位相を結ぶ理論を構築途上にあるが、これを完成させる。
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