損失耐性のある量子測定の研究

容损量子测量研究

基本信息

批准号：
21H04445
负责人：
山本俊
金额：
$ 27.04万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-05 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究課題では、様々な物理系で実現される物質量子系を光でつなぐ「量子インターネット」の中核となる「損失耐性のある量子測定」の基礎研究を行う。空間的に局在したスタティックな量子系である原子やイオン等の量子状態を伝搬する光を介して遠隔地に運び、別の量子系との間にエンタングルメントを形成する量子インターネット研究において、今後重要な課題となるのが、量子状態を運ぶ光の損失の指数関数的増大の抑制である。これには、多重化された光の量子状態に対する効率的な量子測定が必須であり、光ファイバー通信波長帯で動作する必要がある。特に核となる量子測定を通信波長帯で実現することを目指している。そのための要素技術として、必要なリソースとなる通信波長帯のGHZ状態等の多光子エンタングルメント状態の生成に向けた研究を行う。まずは、1560 nmの短パルスレーザーの２倍波(780 nm)を励起光源としたパラメトリック変換を用いた高効率な通信波長帯の２光子エンタングル状態光源を開発する。これを、光増幅器(EDFA)により増幅し、非線形結晶である導波路型PPLNの第２高調波発生により780nmの挟線幅レーザー(100 mW程度)を作製する。これを励起光として、導波路型PPLNによるパラメトリック下方変換を行うことで光子対光源を作成する。本年度はタンデム型導波路型PPLNを作成することで、サニャック干渉計のような複雑な光学系を用いないシングルパスの偏光エンタングルメント光子対発生を実現した。光子対の波長は非縮退（1541 nmと1580 nm）であり、通信波長帯となっている。また、多光子エンタングルメント状態の生成を目指して、２台の光源を実現した。さらに、周波数多重化された偏光エンタングルメント光子対発生の実現に成功した。

在这个研究项目中，我们将进行“容损量子测量”的基础研究，这将是“量子互联网”的核心，该互联网利用光连接在各种物理系统中实现的物质量子系统。在量子互联网研究中，通过传播光将原子和离子等空间局域静态量子系统的量子态传输到远程位置并与另一个量子系统形成纠缠，我们将面临的一个重要挑战是抑制损失的指数增长。携带量子态的光。这需要对多路复用光的量子态进行有效的量子测量，并且需要在光纤通信波长带中进行操作。特别是，我们的目标是实现通信波段的核心量子测量。作为实现这一目的的基础技术，我们将研究通信波段内的GHZ态等多光子纠缠态的生成，这将是必要的资源。首先，我们将利用1560 nm短脉冲激光的双波（780 nm）作为激发光源，通过参量转换开发通信波段的高效双光子纠缠态光源。通过光放大器 (EDFA) 进行放大，通过波导型 PPLN（非线性晶体）的二次谐波产生 780 nm 窄线宽激光（约 100 mW）。以此作为激发光，通过使用波导型PPLN进行参量向下转换来创建光子对光源。今年，通过创建串联波导型 PPLN，我们在不使用萨格纳克干涉仪等复杂光学系统的情况下实现了单通偏振纠缠光子对的生成。光子对的波长是非简并的（1541 nm 和 1580 nm），并且位于通信波长带内。此外，为了产生多光子纠缠态，我们实现了两个光源。此外，我们成功地产生了频率复用偏振纠缠光子对。

项目成果

期刊论文数量（40）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Optical Frequency Tweezers

光频镊子

DOI：
10.1103/physrevapplied.17.034012
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
4.6
作者：
Ikuta Rikizo;Yokota Masayo;Kobayashi Toshiki;Imoto Nobuyuki;Yamamoto Takashi
通讯作者：
Yamamoto Takashi

量子コンピュータや量子ネットワークと超伝導ナノワイア単一光子検出器システム

量子计算机、量子网络和超导纳米线单光子探测器系统

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
山本俊; 生田力三
通讯作者：
生田力三

A fiber-coupled frequency converter based on a PPLN waveguide for quantum internet

用于量子互联网的基于PPLN波导的光纤耦合变频器

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
Shoichi Murakami; Rintaro Fujimoto; Toshiki Kobayashi; Rikizo Ikuta;; asuka inoue; takeshi umeki; ryoichi kasahara; tetsuya mukai; shigehito miki; Shigeyuki Miyajima; Masahiro Yabuno; Fumihiro China; Hirotaka Terai; Nobuyuki Imoto; Takashi Yamamoto
通讯作者：
Takashi Yamamoto

光周波数ピンセット

光频镊子