研究課題
基盤研究(A)
光子を含む異種物理系で構成される複合量子系にまたがる自由な量子操作を実現するための基盤技術の開拓を行うことを目的として以下の研究を実施した。理論的な研究として多体系量子状態を利用した効率的な雑音耐性のある量子通信の提案およびDicke状態の新しい拡張法を提案し、その最適性を示した。特にDicke状態の拡張に関してはネットワーク上に分散した複数量子ビットのDicke状態に対して局所的な操作でより多量子ビットのDicke状態に拡張できるものであり、非常に汎用性の高い方法である。本年度は新規な量子操作として光のフェロスピンフィルターと呼べる光回路を考案し、それを基礎とした量子情報処理に関する研究もスタートさせた。実験的に異種物理系をつなぐためには光周波数変換を行う量子インターフェースが重要となるが、本年度は2つの可視光子の波長変換を行い、その量子力学的な識別不可能性を実証した。これにより量子インターフェースとして忠実性を示すことができた。より広範な波長で高忠実度な量子インターフェース基盤を実現するためにはラマン散乱等に起因する背景光の少ない波長帯を探索する必要があるため、背景光の波長依存性を測定する実験系の準備を行い、光子検出による通信波長帯での分光測定を可能にする分光器システムの構築を行った。
1: 当初の計画以上に進展している
当初予定していた計画は順調に進展している。冷却原子系の立ち上げもスムーズに進んでおり今後の計画の進展が期待される。予定していなかった新しい量子操作の発案もあり、計画以上に進展している。
異種物理系による量子操作基盤の研究は様々な系を制御しつなげる必要があるため、広範な領域にまたがる技術と知見が必要となることが予想される。そのため、本課題の推進を今後より加速するために研究員の雇用および博士課程大学院生が研究補助員として研究を支援する体制をつくる。
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