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2018 年度 実績報告書

光導波路素子を用いたスケーラブルな量子情報処理

研究課題

研究課題/領域番号 16J09108
研究機関東京大学

研究代表者

芹川 昂寛  東京大学, 工学系研究科, 特別研究員(DC1)

研究期間 (年度) 2016-04-22 – 2019-03-31
キーワード量子光学 / 非線形光学 / レーザー科学 / ホモダイン測定 / 光量子計算
研究実績の概要

光を用いた量子情報処理の大規模化に関して,周波数領域における光モード多重化によるアプローチを行っている.まず昨年度実施した実験(両側光サイドバンドモードにおける光子引き去り法の提案とSchrodingerの猫状態の生成,Wigner関数の負値の直接観測)に関して論文にまとめた.他,付随して以下の研究を行った.
a.光ホモダイン測定の高周波限界に関する研究
フォトダイオードにおける光電変換,光キャリア輸送の過程に存在する雑音により,フォトダイオードを用いた光ホモダイン測定のSN比が制約されうることに関して理論的・実験的研究を行った.高周波余剰雑音の理論モデルを導き,代表的なフォトダイオード材質に関して余剰雑音の大きさを予言した.また市販のフォトダイオードと連続波光レーザーを用いて余剰雑音の大きさを実験的に同定し,理論モデルと矛盾しない結果を得た.
b.高次元線形フィルタを用いた光干渉計フィードバックコントローラの開発
光量子情報処理ではビームスプリッタ相互作用が基本的な構成要素として用いられ,複雑なビームスプリッタネットワークを構成することが本質的に重要である.フリースペース光干渉計の光路長制御を高精度化するため,高次元線形フィルタを備えるデジタルフィードバックコントローラを開発した.このコントローラは光路長アクチュエータの線形応答に対する逆フィルタとしてはたらき,その周波数応答キャンセルすることによって,帰還ループの発振を抑えることを狙っている.FPGAと高速AD/DAチップを用いて,レイテンシが350nsの24次元線形フィルタを実装した.これによってピエゾ素子の弾性体共振の影響がキャンセルされ,制御帯域が3倍に拡大することを実証した.

現在までの達成度 (段落)

平成30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

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (8件)

すべて 2019 2018

すべて 雑誌論文 (5件) (うち国際共著 2件、 査読あり 5件) 学会発表 (2件) (うち国際学会 1件) 産業財産権 (1件)

  • [雑誌論文] Complete temporal mode characterization of non-Gaussian states by a dual homodyne measurement2019

    • 著者名/発表者名
      Takase Kan、Okada Masanori、Serikawa Takahiro、Takeda Shuntaro、Yoshikawa Jun-ichi、Furusawa Akira
    • 雑誌名

      Physical Review A

      巻: 99 ページ: 033832

    • DOI

      https://doi.org/10.1103/PhysRevA.99.033832

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 500 MHz resonant photodetector for high-quantum-efficiency, low-noise homodyne measurement2018

    • 著者名/発表者名
      Takahiro Serikawa (芹川昂寛) and Akira Furusawa (古澤明)
    • 雑誌名

      Review of Scientific Instruments

      巻: 89 ページ: 063120~063120

    • DOI

      https://doi.org/10.1063/1.5029859

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Generation of a Cat State in an Optical Sideband2018

    • 著者名/発表者名
      Serikawa Takahiro、Yoshikawa Jun-ichi、Takeda Shuntaro、Yonezawa Hidehiro、Ralph Timothy C.、Huntington Elanor H.、Furusawa Akira
    • 雑誌名

      Physical Review Letters

      巻: 121 ページ: 143602

    • DOI

      https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.121.143602

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Quantum nondemolition gate operations and measurements in real time on fluctuating signals2018

    • 著者名/発表者名
      Shiozawa Yu、Yoshikawa Jun-ichi、Yokoyama Shota、Kaji Toshiyuki、Makino Kenzo、Serikawa Takahiro、Nakamura Ryosuke、Suzuki Shigenari、Yamazaki Shota、Asavanant Warit、Takeda Shuntaro、van Loock Peter、Furusawa Akira
    • 雑誌名

      Physical Review A

      巻: 98 ページ: 052311

    • DOI

      https://doi.org/10.1103/PhysRevA.98.052311

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Excess Loss in Homodyne Detection Originating from Distributed Photocarrier Generation in Photodiodes2018

    • 著者名/発表者名
      Serikawa Takahiro、Furusawa Akira
    • 雑誌名

      Physical Review Applied

      巻: 10 ページ: 064016

    • DOI

      https://doi.org/10.1103/PhysRevApplied.10.064016

    • 査読あり
  • [学会発表] フォトダイオードにおける分布光吸収に起因するホモダイン測定の高周波余剰雑音2019

    • 著者名/発表者名
      芹川 昂寛,古澤 明
    • 学会等名
      日本物理学会年次大会
  • [学会発表] Generation of Schrodinger’s cat state in an optical double sideband mode2018

    • 著者名/発表者名
      Takahiro Serikawa, Jun-ichi Yoshikawa, Hidehiro Yonezawa, Timothy C. Ralph, Elanor H.Huntington, and Akira Furusawa
    • 学会等名
      Conference on Lasers and Electro-Optics, QELS Fundamental Science
    • 国際学会
  • [産業財産権] 差分検出光信号受信器2018

    • 発明者名
      芹川昂寛,古澤明
    • 権利者名
      芹川昂寛,古澤明
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      特願2018-196828

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公開日: 2019-12-27  

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