2018 年度研究成果報告書

通信波長帯単一光子源の高速化に向けた光周波数コムの開発

研究課題

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研究課題/領域番号	17K14130
研究種目	若手研究(B)
配分区分	基金
研究分野	光工学・光量子科学
研究機関	国立研究開発法人情報通信研究機構
研究代表者	和久井健太郎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, 主任研究員 (90536442)
研究期間 (年度)	2017-04-01 – 2019-03-31
キーワード	量子光学 / 光周波数コム
研究成果の概要	単一光子は各種の量子通信実験において必要不可欠なリソースである。1.5μm通信波長帯の単一光子生成では、光パラメトリック増幅過程の励起光源としてモード同期パルスレーザーがしばしば用いられるが、その繰り返し周波数は通常100MHz程度であり、単一光子の生成レート高速化を目指す際にボトルネックの一つとなっていた。そこで本研究では、この限界を打破するため10GHz以上の繰り返しを持つモード同期パルス光源を波長775nmにおいて開発した。また、開発した光源を使用し、従来と比較して遥かに高速に1550nm帯の単一光子や偏光量子もつれ光子対が生成できることを実証した。
自由記述の分野	量子光学、量子情報、光周波数コム、高次高調波発生
研究成果の学術的意義や社会的意義	単一光子は、量子通信や光量子計算など種々の量子情報通信プロトコルにおいて中心的に用いられる重要なリソースである。その生成レートはプロトコルのパフォーマンスや成否に直結するため、生成レートの向上は常に重要な課題となっている。本研究では、この生成レート向上を阻んできたいくつかの主要因のうち励起光源の高繰り返し化に取り組み、単一光子等の生成レートを劇的に向上させた。我々の開発したシステムは、成功確率が僅かな基礎理論の検証や伝送経路での減衰が大きいフィールド実証など基礎から応用の多岐にわたって、現代の様々な量子光学実験のパフォーマンス向上に大きく役立つ可能性がある。