| 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 – 2024-03-31
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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る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。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。本研究では、光学系の見直しを行うことにより２つのビーム間のビジビリティを改善したあとで、空間位相変調器を導入し、ビジビリティの改善とスクイージングの改善を実施し、従来を上回る97%のビジビリティを実現し、さらに、2021年度には、パルス光を用いたスクイージングではこれまでの最高である5.1dBのスクイージングを達成することができた。さらに、2022年度は機械学習を用いて空間位相変調器の位相分布を最適化することにより、5.88 dBのスクイージングを実現した。これは、1994年にKimらが達成した5.8 dBのパルス光スクイージングの従来の記録を塗り替える成果である。これにより、本研究で目指した機械学習によるエンタングルメントの質向上が可能であることを示すことができた。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
2022年度は空間位相変調器を本格的に導入し、空間位相分布を機械学習の手法を導入して最適化を図り、ビジビリティとスクイージングの更なる改善を目指した。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名の体制で行った。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周期分局反転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、2021年度に引き続き、空間位相変調器を用いたスクイージングの改善を試みた。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た。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ソフトウェアが提供されている。空間位相分布を最適化するためには、迅速に様々な空間分布を試す必要があるので、本年度、プログラムを自作し、画像の生成と空間位相変調の制御を高速に実施できるようにした。更に、ビジビリティの測定もPCにより自動化し、これらを位相分布の制御とビジビリティの測定をPCで行えるようにすることにより、最適化を自動化し、機械学習の手法を取り入れた最適化を行った。その結果、5.88 dBのスクイージングを実現することができた。
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| 今後の研究の推進方策 |
2023年度は本研究のこれまでの成果を取りまとめた論文発表を行うとともに、エンタングルメントの質の向上に向けた検討を進める。研究の実施は、研究代表者が全体の研究を総括して行う。現在までの進捗状況の項で既に述べたように、エンタングルメントの生成には、３つの周期分局反転ニオブ酸リチウム光導波路を用いる。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個であり、現在の残予算で２個目を入手することはできない。３つの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。測定されるエンタングルメントの質を向上するためには、PPLN1とPPLNLOのビジビリティを空間位相変調器を用いて改善したときに、PPLN2とPPLNLOの出力間のビジビリティも改善している必要があり、この条件が満たされるかどうかについて実験を行う。
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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３つの理由による。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、2022年度までの研究の進行により、スクイージングの改善については、当初の予想を超えて、優れた成果を得ることができたので、その成果をエンタングルメントの改善につなげるための研究を継続するためのである。三つ目の理由は、2022年度までの成果をとりまとめて外部発表を行うためである。
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