光共振器中のRydberg集団励起状態を利用した単一光子の高効率な生成

在光腔中利用里德伯集体激发态高效生成单光子

• 批准号: 21K03428
• 负责人: 丹治 はるか
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: The University of Electro-Communications
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K03428/
• 关键词: 単一光子; 光共振器; リュードベリ原子; 冷却原子; 量子光学

近年発展が目覚ましい量子情報や量子計測などの量子技術においては、量子もつれ状態や光子数状態などの量子力学的に特異な性質を持つ光(量子的な光)が重要な役割を担う。そして、このような量子的な光と物質のコヒーレントな相互作用により、光の量子状態の保存や量子的な光同士の非線形な相互作用も実現するなど、量子技術の応用の幅が大きく広がる。 最近、気体中性原子系は実用的な物質量子系として改めて脚光を浴びつつある。このような中で、原子系を用いた量子基盤技術をさらに発展させるために、原子系に適合する量子的な光の高度な生成・制御技術の必要性が増している。そこで、本研究では、高励起状態であるリュードベリ状態に集団的に励起された原子からの光の放射の増強と、光の放出の光共振器による増強効果を併用することで、高純度かつ高い同一性を備えた、原子系に適合する単一光子の高効率な生成を目指す。本研究においては、高効率に単一光子を発生させるために、リュードベリブロッケード効果が有効な微小領域内に捕捉された冷却原子を用いたリュードベリ集団励起状態の生成と、光共振器による単一光子の単一モードへの放出確率の増大という二つの要素を実現する必要がある。それらに向けて、令和4年度には、リュードベリ集団励起状態を生成するための冷却原子集団の作製とその特性評価および、原子集団のリュードベリ状態への励起に用いる光源の周波数安定化を行った。また、単一光子発生の更なる高効率化を図るための光共振器については、共振器ミラーの再評価のための光学系の構築を進めるとともに、共振器安定化のための周波数基準を与えるレーザーの準備を行い、レーザー周波数安定化機構の構築に着手した。

在近年来快速发展的量子信息、量子测量等量子技术中，具有纠缠态、光子数态（量子光）等独特量子力学性质的光发挥着重要作用。量子光与物质之间的这种相干相互作用将极大地扩展量子技术的应用范围，例如保留光的量子态以及实现量子光之间的非线性相互作用。 最近，气态中性原子系统作为实用的量子系统再次引起人们的关注。在这种情况下，为了进一步发展利用原子系统的量子基础技术，越来越需要与原子系统兼容的先进量子光产生和控制技术。因此，在本研究中，我们将结合集体激发到高激发态里德伯态的原子的发光增强和光学腔对发光的增强作用，以实现高纯度和高我们的目标产生具有同一性且与原子系统兼容的高效单光子。在这项研究中，为了高效地产生单光子，我们的目标是利用被困在里德伯封锁效应有效的微观区域中的冷原子来产生里德伯集体激发态，并利用光学腔来产生单光子。有必要实现两个因素：增加发射到单一模式的概率。为此，在2020财年，我们创建了冷原子布居来产生里德伯集体激发态，评估了其特性，并稳定了用于将原子布居激发到里德伯态的光源的频率。此外，关于光学谐振器，以进一步提高单光子生成效率，我们将着手构建光学系统以重新评估谐振器镜，并提供稳定谐振器的频率标准我们准备了激光器并开始。激光稳频机构的构建。

项目成果

光共振器中のリュードベリ集団励起を利用した単一光子源の開発

在光腔中使用里德伯集体激发开发单光子源

• 发表时间: 2022
• 作者: 増田 晴美;足立 遼太郎;丹治 はるか
• 通讯作者: 丹治 はるか