ナノ光ファイバー共振器と原子の結合系における基礎理論と量子情報処理

纳米光纤谐振器与原子耦合系统的基础理论和量子信息处理

基本信息

批准号：
20K15190
负责人：
山越智健
金额：
$ 2.83万
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 Early-Career Scientists
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-01 至 2022-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

量子情報処理への応用に向けて、共振器系における量子操作についての解析を行った。解析する主な対象は、複屈折性を有する共振器系とグレーティングなどの周期構造の複合系である。多様な量子操作を研究するため、さまざまな共振器系や非線形現象について研究を行った。比較的簡単な1次元化された共振器系について、多層膜系などに用いられる転送行列法を基に単純な２チャンネルの模型を構成し考察した。この模型では、量子操作において重要なFano共鳴や電磁誘起透明化などの共鳴現象が統一的に記述できる。この模型の解析解を導出することにより、複屈折率に相当する項などのパラメーター依存性を考察した。特に入射波が低エネルギーの極限にあるとき、入射波、反射波、および透過波の関係について、古典系との対応関係があることを見出した。またその結果について論文で発表を行った。さらに、非線形現象を含む場合の量子操作についての検討を行った。様々な分野への応用を検討するために、非線形効果を記述する非線形シュレディンガー方程式(NLSE)の解について解析を行った。特に１次元の周期構造によって生成されるバンド構造に対して、非線形効果が与える影響について調べた。二つの異なる周期構造を持つ系について、時間非依存のNLSEを数値的に解く事により、非線形ブロッホ関数やソリトン解などの非自明な解が出現することを示し、またその特性について解析した。NLSEは冷却原子系においても有効な理論であり、冷却原子系におけるソリトン解の実験的生成法について数値計算を通して示した。またこの成果について論文で発表を行った。

我们分析了谐振器系统中的量子操作，以应用于量子信息处理。主要分析对象是具有双折射的谐振器系统和光栅等周期性结构的复合系统。为了研究各种量子运算，我们对各种谐振器系统和非线性现象进行了研究。对于相对简单的一维谐振器系统，我们基于多层薄膜系统使用的转移矩阵方法构建了一个简单的双通道模型。该模型可以统一描述法诺共振和电磁感应透明等共振现象，这在量子操纵中很重要。通过推导该模型的解析解，我们考虑了参数的依赖性，例如与双折射相对应的项。特别是当入射波处于低能量极限时，我们发现入射波、反射波和透射波之间的关系与经典系统存在对应关系。结果也发表在一篇论文中。此外，我们研究了涉及非线性现象的量子运算。为了考虑到各个领域的应用，我们分析了描述非线性效应的非线性薛定谔方程（NLSE）的解。特别是，我们研究了非线性效应对一维周期性结构产生的能带结构的影响。通过对具有两种不同周期结构的系统进行数值求解与时间无关的 NLSE，我们发现了非线性 Bloch 函数和孤子解等非平凡解的出现，并分析了它们的性质。 NLSE也是冷原子系统的有效理论，我们通过数值计算演示了如何在冷原子系统中实验生成孤子解。我们还在一篇论文中介绍了这一结果。