今年度は、初年度に提案した、2値位相変調コヒーレント信号に対する高効率光子検出器とコヒーレント局発光を用いた準最適量子受信機に関して詳細な数値計算を行い、さらに市販の光子検出器(アバランシェフォトダイオード)を用いた原理実証実験を行った。実験では、検出効率を補正した条件においてショット雑音限界(ホモダイン限界)を超える低誤り率を実現した。この結果、我々の提案する方式に最近開発の進んでいる超伝導光子検出器等の高効率な光子検出器を組み合わせることで、現在の技術でも十分にショット雑音限界を超えうるということを明らかにした。また理論的には、誤り率だけではなく、通信における符号化も考慮し、信頼性関数及びカットオフレートを用いた解析を行った。その結果、個別測定に関して、いくつかの重要な量子測定が同時に、最適条件を満たしていることを明らかにした。 このような、光子検出器に局発光を加えたコヒーレントな光子検出は、光量子情報処理においても有用である。特に、光のスクイズド状態と共に用いることで、平均光子数が2を超える巨視的なサイズのコヒーレント光の量子的な重ね合わせ状態を生成できることを理論的に明らかにした。これは連続光のスクイズド状態を用いた実験でよく確認され、現時点で進行波の重ね合わせとしては最大のサイズを達成した。巨視的なコヒーレント光の重ね合わせ状態の生成・制御は、量子力学の検証という基礎学問的な重要性が高いだけでなく、線形素子光量子計算や量子計測などの量子情報処理においても重要なリソースであることが理論的に明らかにされており、今後さらなる高精度で自在な制御の実現が期待される。
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