| 研究課題/領域番号 |
19K03703
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| 研究機関 | 学習院大学 |
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研究代表者 |
平野 琢也 学習院大学, 理学部, 教授 (00251330)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| キーワード | スクイージング / エンタングルメント / 光導波路 / 空間位相変調器 / 機械学習 / ホモダイン検出 / スクイーズド状態 / 空間コヒーレンス |
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| 研究実績の概要 |
本研究の目的は、パルス光を用いた光導波路中のパラメトリック増幅により、エンタングルメント生成の質の向上を実現することである。エンタングルメントの生成と制御は、現代の科学の最も重要な課題の一つであり、強い相関を有するエンタングルメントの生成と制御は、量子情報処理や量子計測を社会で現実に使われる技術とするためにも必要不可欠である。しかし、パルス光の高い瞬間強度を利用し、周期分極反転光導波路中のシングルパスの光パラメトリック増幅によりスクイージングとエンタングルメントを生成する手法は、最も有望な方法でありながら、従来は、空間モードの制御が不十分なために、質の高いエンタングルメ ントを実現することができていなかった。そこで、2020年度は、2019年度に論文発表したエンタングルメントの生成実験において懸案として残っていたビジビリティの非対称性の問題の解消に取り組んだ。具体的には、２つのスクイーズド光発生用の光導波路間のビジビリティは97.6%以上の高い値が得られていたのに対し、LO光整形用の光導波路との間のビジビリティは86%程度と低く、この非対称性が質の高いエンタングルメントの生成において大きな制限要素となっている可能性があった。そこで、今年度はまずエンタングルメント生成用光学系の見直しを行い、導波路カップリング非球面レンズの交換やアライメント法の見直しを行った。その結果、全ての組み合わせにおいて、95%以上のビジビリティを達成することができ、非対称性の問題を解決することができた。この改善により、パルス光エンタングルメントの記録を更新できる目途がたっただけでなく、今後、空間位相変調器を用いた更なる改善の基盤を築くことができたといえる。また、導波路を用いた第２高調波の発生に関する論文の改訂作業を行い、論文発表を行った。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
2020年度は光学系の構築、空間位相変調器の制御手法の開発、機械学習の準備作業を進め、ビジビリティの向上の実現を目指す計画であった。研究の実施は、研究代表者が全体の研究を総括し、研究協力者として、修士課程2年生の学生1名、卒業研究の学生1名の体制で行った。しかしながら、2019年度の終わり頃から、新型コロナウィルスの感染が拡がり、2020年度の前半はキャンパスへの入構も制限されたため、特に研究協力者の作業が滞ることとなった。今年度の実施内容のうち、光学系の構築については、2019年度に進めた光学部品の仕様の確認作業を完了し、光導波路へのカップリングの最適化を行い、ビジビリティの改善を試みた。パラメトリック増幅によりスクイーズド状態を発生するための疑似位相整合ニオブ酸リチウム光導波路をPPLN1とPPLN2とし、LO光の時間波形整形を行う光導波路をPPLNLOとする。相関の強いエンタングルメントを実現するためには、これら3つの全ての組み合わせで高いビジビリティを実現する必要がある。2020年度は、PPLN1・２と、PPLNLOとのビジビリティを改善に取り組んだ。その結果、全ての組み合わせにおいて、95%以上のビジビリティを達成することができ、非対称性の問題を解決することができた。この改善により、パルス光エンタングルメントの記録を更新できる目途がたっただけでなく、今後、空間位相変調器を用いた更なる改善の基盤を築くことができたといえる。
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| 今後の研究の推進方策 |
2021年度は光学系に空間位相変調器を組み込み、まずは更なるビジビリティの向上を目指す。2020年度に空間位相変調器を用いない光学系においてビジビリティの向上に成功したので、空間位相変調器によって行う必要がある空間モードの制御の量が減ったと考えられ、以前よりも少ない制御により、究極的な目標であるビジビリティを１にすることに近づいたはずである。研究の実施は、研究代表者が全体の研究を総括し、研究協力者として、修士課程１年生の学生1名の体制で行う。パラメトリック増幅によりスクイーズド状態を発生するための疑似位相整合ニオブ酸リチウム光導波路をPPLN1とPPLN2とし、LO光の時間波形整形を行う光導波路をPPLNLOとする。相関の強いエンタングルメントを実現するためには、これら3つの全ての組み合わせで高いビジビリティを実現する必要がある。３つの組み合わせ全ての空間モードを改善するためには、最低で２つの空間位相変調器が必要であり、できれば３つ用いることが望ましい。しかしながら、入手済みの1064nm用の空間位相変調器の数は1個であるので、空間位相変調器を用いたスクイージングの改善をまず試みる。具体的には、エンタングルメントを生成するためのハーフビームスプリッタを1時的にはずし、PPLN1で生成したスクイーズド光とPPLNLOを通過したLO光との空間モードマッチングの向上を目指す。光学系の構築と並行して、空間位相変調器の制御手法の開発、機械学習の準備作業を行う。空間位相変調器としては、浜松ホトニクス社の製品を用いる。本製品はデジタル映像出力にビットマップ画像を出力することにより、各画素の位相変調量を制御する仕組みであるので、所望のビットマップ画像の作成手法、各画素の位相変調量の構成、空間モード制御の確認の順番で実験を進める。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
次年度使用額が生じた理由は、主に２つである。一つ目は、2020年度のコロナ禍、2019年度のレーザー装置の故障により、実験の進行が当初の予定よりも遅れ気味であることである。二つ目の理由は、研究の進行により、最適な支出をするためである。本研究では、空間位相変調器を用いてエンタングルメントの質を向上することを目的としている。そのためには、空間位相変調器の個数は最低でも２台、できれば、３台用いることが望ましい。しかしながら、高性能の空間位相変調器の価格は１台２百万円と高価であり、支出計画を研究の進展に応じて最適化する必要がある。２０２１年度の使用については、これまでの未使用額も用いて、空間位相変調器を新たに１台購入することを検討する。
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