量子フィードバックシステムの設計と実現

2013 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 22560439
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 制御工学
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 津村 幸治 東京大学, 情報理工学(系)研究科, 准教授 (80241941)
• 研究分担者: 米澤 英宏 東京大学, 大学院工学系研究科, 講師 (50451802)
• 連携研究者: 原 辰次 東京大学, 大学院情報理工学系研究科, 教授 (80134972) ; 古澤 明 東京大学, 大学院工学系研究科, 教授 (90332569) ; 山本 直樹 慶応義塾大学, 理工学部, 講師 (40513289)
• 研究期間 (年度): 2010-04-01 – 2013-03-31
• キーワード: フィードバック制御 / 量子力学 / 量子フィルタ / 量子光学系 / 連続測定

研究概要

本研究では量子光学系に焦点をあて，量子フィルタ理論・量子制御理論の有効性を示す系の設計・実現を主テーマとした．特に各理論を基礎とし，量子状態の推定や，エンタングルド状態の生成・保持を実現する系が持つべき性質を明らかにすることを具体的な目標とした．研究の結果，量子光学系の特定，あるいは量子光学系とスピン系の複合系の特定と，それらに対する測定および制御方策を提案し，それぞれに対応する量子フィルタ方程式を導いた．その方程式に基づき，状態推定の有効性や，数値実験によって量子系特有の量子もつれ状態が生成可能であることを確認した．またあるフィードバック系については理論的に可制御性が成り立つことを示した．

研究成果

• [雑誌論文] Quantum-Enhanced Optical-Phase Tracking (2012)
  • 著者名/発表者名: H. Yonezawa, D. Nakane, T. A. Wheatley, K. Iwasawa, S. Takeda, H. Arao, K. Ohki, K. Tsumura, D. W. Berry, T. C. Ralph, H. M. Wiseman, E. H. Huntington, A. Furusawa
  • 雑誌名: Science 巻: Vol. 337 ページ: 1514-1517
  • 査読あり
• [雑誌論文] Local state transition of feedback controlled quantum systems with imperfect detector efficiency : Part II : Accessibility analysis for quantum systems (2010)
  • 著者名/発表者名: T.Sasaki, S. Hara, K. Tsumura
  • 雑誌名: SICE Journal of Control, Measurement, and System Integration 巻: vol. 3, no. 6 ページ: 417-423
  • 査読あり
• [雑誌論文] Local state transition of feedback controlled quantum systems with imperfect detector efficiency : Part I : Differential geometric analysis for dynamical systems with matrix-valued states (2010)
  • 著者名/発表者名: T.Sasaki, S. Hara, K. Tsumura
  • 雑誌名: SICE Journal of Control, Measurement, and System Integration 巻: vol. 3, no. 6 ページ: 409-416
  • 査読あり
• [学会発表] 多スピンqubitシステムの可制御性について:GHZ状態生成に向けて (2013)
  • 著者名/発表者名: 平野正浩,吉永悠馬,津村幸治
  • 学会等名: 第13回計測自動制御学会制御部門大会
  • 発表場所: アクロス福岡
  • 年月日: 20130305-08
• [学会発表] 多量子ビット系のフィードバック制御に向けて (2012)
  • 著者名/発表者名: 津村幸治
  • 学会等名: 第56回システム制御情報学会研究発表講演会
  • 発表場所: 京都テルサ
  • 年月日: 20120521-23
  • 招待講演
• [学会発表] Global Stabilization of Quantum Spin Systems via Discrete Time Feedback Control (2010)
  • 著者名/発表者名: D. Matsuna, K. Tsumura
  • 学会等名: the 49th IEEE Conference of Decision and Control
  • 発表場所: Atlanta
  • 年月日: 20101215-17
• [学会発表] Accessibility Analysis for Controlled Quantum Systems under Continuous Quantum Measurement (2010)
  • 著者名/発表者名: T. Sasaki, S. Hara, K. Tsumura
  • 学会等名: Proc. 19th IEEE International Conference on Control Applications
  • 発表場所: Yokohama
  • 年月日: 20100908-10
• [学会発表] Design of Observation for Multi-qubit Preparation based on Equilibrium Point Analysis (2010)
  • 著者名/発表者名: D. Matsuna, K. Tsumura
  • 学会等名: Proceedings of SICE Annual Conference 2010
  • 発表場所: Taipei
  • 年月日: 20100818-21