2019 年度研究成果報告書

光子の対消滅過程を用いた量子吸収イメージング法の実現

研究課題

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研究課題/領域番号	17H02936
研究種目	基盤研究(B)
配分区分	補助金
応募区分	一般
研究分野	原子・分子・量子エレクトロニクス
研究機関	京都大学
研究代表者	岡本亮京都大学, 工学研究科, 准教授 (10435951)
研究期間 (年度)	2017-04-01 – 2020-03-31
キーワード	量子計測 / 量子情報
研究成果の概要	本研究では、まず、提案手法の理論解析を行った。理論式を導出、光子検出部に損失がある影響下で、従来の量子吸収計測法より高い感度を達成できることを明らかにした。さらに、申請時にはなかったハイブリッド量子吸収計測法を新たに提案、その性能が従来手法を常に上回ることを示した。現在、上記と合わせて、論文にまとめているところである。また、本提案を実証するために、量子吸収計測システムを構築した。非線形干渉計内の光路の一方に微小な損失を導入すると、出力光子の検出カウント数が増加することが確認できた。さらに、損失の有無によるカウント数の変化量から、イメージングを行った際の、信号雑音比を算出した。
自由記述の分野	量子光学
研究成果の学術的意義や社会的意義	今後、本研究成果をイメージング・分光技術として洗練させることで、吸収イメージング・分光計測における信号雑音比が飛躍的に向上することが期待できる。その結果、生体分子をはじめとする光毒性をもつ試料を破壊することなく高感度に測定できるようになると考えられる。例えば、様々な非蛍光分子の１分子光吸収イメージングが可能になると期待でき、生命科学分野に大きな影響を与えることが期待できる。さらに、本手法の条件を変えることで、可視域の検出器のみを用いた赤外領域の超高感度計測が可能になる。このような点から、本研究成果は、物理化学、生命科学から量子光学まで広範な研究領域に渡って、学術的・社会的な意義を持つと言える。