2019 Fiscal Year Research-status Report
PT対称な量子光学系の実現による革新的量子状態制御の探索
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18K18733
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
岡本 亮 京都大学, 工学研究科, 准教授 (10435951)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
小布施 秀明 北海道大学, 工学研究院, 助教 (50415121)
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| Project Period (FY) |
2018-06-29 – 2021-03-31
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| Keywords | PT対称性 / 量子ウォーク / 量子光学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，量子光学的な実験技術を駆使することにより光子の流出入効果の制御を実装，純粋な量子系において，厳密なPT対称性を有する開放量子系を初めて実現することを目的とする．これにより，従来の手法とは全く異なる，PT対称性を用いた革新的な量子状態制御手法，及び革新的デバイスの開発，さらには開放量子系に関する基礎物理学の発展への道を拓くことを目指す．令和１年度は，PT対称性を有する量子光学系の構築を進めた．特に，（１）PT対称性を有する量子ウォーク系の構築と検証，（２）反射境界の実験的な実装，（３）時間発展の理論的な検討，の３つの項目に関して研究を進めた．
項目１に関しては，平成30年度に構築・実証していた「光子の流出過程」を時間発展に組み込んだ量子ウォーク系の構築を進めた．波長805nmの微弱レーザー光を構築した系に導入し，その時間発展をビームプロファイラで測定・評価した．実験の結果，時間発展に用いた各要素が適切に動作していることが確認できた．
項目２に関しては，当初，市販の光学素子での実装を予定していたが，研究を進めるうちに，市販の光学素子では，光路間の位相関係が乱れるために必要な機能の実現が困難であることが明らかになった．そこで，位相関係を維持することが可能な特殊な光学素子を設計し，特注した．特注光学素子を用いて検証実験を行い，反射境界が実現できていることを確認した．
項目３に関しては，本研究を大きく発展させることが可能な新たな提案を得ており，上記の実験系での実現を計画している．また，上記の実験系の時間発展について，どのような条件で興味深い現象が現れるかを検討した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
「光子の流出過程」を時間発展に組み込んだ量子ウォーク系を構築しその動作検証を完了している．また，これまで世界的にも数えるほどしか実現されていない反射境界条件の実装に成功している．また，理論的にも，本研究を大きく発展させることが可能な新たな提案を得ている．このように当初の計画を上回る成果を得ている一方で，市販の光学素子では，光路間の位相関係が乱れるために必要な機能の実現が困難であることが分かり，新たに特殊な光学素子を設計し，特注する必要があったため，これらの検証や実装に必要な期間を考慮し研究計画・スケジュールを練り直した結果、研究期間の延長を申請した．
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| Strategy for Future Research Activity |
令和2年度は，令和1年度に検証した量子ウォーク系をより多くの時間ステップに対応できるように拡張する．また，微弱レーザー光で実現されていた入力光を，量子光源に置き換えることで，光子の時間発展を実装する．さらに，実験条件を制御することで，令和1年度に理論的に明らかにしたPT対称な系で予想される特異な現象の観測を試みる．
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| Causes of Carryover |
（理由）
次年度使用額が生じた主な理由は，研究をすすめるに従い、PT対称な量子系の時間発展を実装するために、量子状態制御の精度や安定性の面で、より優れたアプローチがあることが明らかになったためである。そこで、これらの検証や実装に必要な期間を考慮し研究計画・スケジュールを練り直した結果、研究機関を延長することになり，次年度使用額が生じた。
（使用計画）
消耗品の購入，共同研究者との議論や成果発表のための旅費等に使用する予定である．
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