2015 Fiscal Year Annual Research Report
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25707034
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
岡本 亮 京都大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (10435951)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 量子光学 / 量子計算 / 量子測定 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、多光子を用いたボソンサンプリングの実現を目指す。これには、従来の実験で用いられてきた方法をそのまま光子数を増やして拡張しただけでは、必要な時間・空間的なリソースが非現実的な規模になってしまうため不可能である。そこで、本研究では、ボソンサンプリング系を複数光子が空間的に分布したパラレル型の系から、時間的に分布したシリアル型の系に変換することで系をコンパクト化する。さらに、光子を時間的に一定間隔で出力する光源を実現、これに組み込むことで時間リソースの問題も解決する。平成27年度は、平成26年度に構築したループ構造を用いて、シリアル型の量子干渉実験を行い、時間的に連続した光子間の2光子量子干渉を実現した。また、2光子量子干渉の明瞭度から、光ファイバの分散の影響を評価した。数10mの長い光学遅延が必要な部分に関しては、全ての光子が通過するため、光ファイバの分散の影響がないことを理論・実験の両面から確認することができた。一方で、一部の光子のみが通過する光学遅延に光ファイバを用いると、その分散の影響で、2光子量子干渉の明瞭度が著しく低下することが分かった。そこで、その部分に関しては、ミラーでの多重反射を用いた光学遅延を導入することで、高い2光子量子干渉性を実現した。また、光子を時間的に一定間隔で出力する単一光子源についても研究を進めた。伝令付き単一光子源を複数台用いる多重化法と、光子数を識別する光子数識別法を組み合わせた系を実現した。そして、その出力光子数分布を測定し、2光子成分について評価した。その結果、それら二つの手法の相乗効果により、個々で用いた場合より高い単一光子性を実現できることが分かった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
平成27年度は、シリアル型の量子干渉実験を行い、時間的に連続した光子間の2光子量子干渉を実現した。さらに、ループ構造内の光学遅延部分を光ファイバで実現した場合に、2光子量子干渉の明瞭度がどのような影響を受けるのか実験的に確認した。その結果、数10mの長い光学遅延が必要な部分に関しては、光ファイバを用いることが可能なことを理論・実験の両面から確認することができた。これにより、本研究のシリアル型の量子干渉系をコンパクトかつ安定的に動作させることが可能になる。一方、ループ内での光子の動的なスイッチングに関しては、研究に必須な電気光学素子用のドライバの納品が大幅に遅延したため、実施することができなかった。従って、この部分に関して、次年度引き続き行う必要が発生したため、研究期間の延長申請を行った。また、光子を時間的に一定間隔で出力する単一光子源に関しては、伝令付き単一光子源を複数台用いる多重化法と、光子数を識別する光子数識別法を組み合わせた系を実現した。さらに、出力光子数分布を測定、評価した結果、理論通り2光子成分を相乗的に抑制可能なことを確認した。これは、これまで別々に用いられてきた多重化と光子数識別という方法を組み合わせることで、より高性能な単一光子源を実現できることを初めて実証したものである。
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| Strategy for Future Research Activity |
納品が遅れていた電気光学素子用のドライバが平成28年度初めには納品される予定である。そこで、これらを用いてループ内での光子の高速な動的スイッチングを実現する。そして、平成26年度及び、平成27年度に立ち上げたFPGAシステムと組み合わせることで、シリアル型量子干渉システムを実現、上記の伝令付き単一光子源と組み合わせることで、ボソンサンプリングの検証実験を行う。
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| Causes of Carryover |
以上で述べたように、平成27年度は、ループ構造を用いてシリアル型の量子干渉実験を行い、時間的に連続した光子間の2光子量子干渉を実現した。それと平行して、次のステップであるループ構造の動的な制御を実施するために、電気光学素子用のドライバを購入する予定であった。しかし、製造会社内での動作チェックを通らなかったために、販売時期が大幅に遅延していることが分かった。12月に購入することができるようになったものの、納期が5ヶ月以上かかるとのことだったため、平成27年度内には電気光学素子用のドライバ（1台50万円）2台及び関連部品・光学素子（100万円）の購入ができなくなり、次年度使用額が発生した。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
平成27年度、販売時期の遅延の問題で購入することができなかった、電気光学素子用のドライバ2台を購入する。残額については、ループ構造の動的な制御に必要な光学素子の購入や成果発表のための旅費に使用する予定である。
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