全光量子中継のための大規模量子もつれ状態の生成

用于全光量子中继的大规模量子纠缠态的生成

• 批准号: 22KJ2202
• 负责人: 村上 翔一
• 金额: $ 1.6万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ2202/
• 关键词: タンデム型type-2疑似位相整合導波路; 全光量子中継; 自発的光パラメトリック下方変換; 量子鍵配送

本年度は全光量子中継に関連する以下の二つの研究を行った。(1) Tandem type-2疑似位相整合PPLN導波路を設計した。この導波路は偏光自由度で量子的にもつれた光子対を作る際に、サニャック干渉計のような大規模な光学回路を必要としないため、自発的パラメトリック下方変換(SPDC)を用いて大規模な量子もつれ状態を作る際に有用であると考えられる。さらに、設計した導波路を用いた偏光自由度での量子もつれ光子対源を二個作成した。それぞれの光子対源を780 nmの連続光レーザーで励起して発生した光子対の状態を、量子状態トモグラフィを用いて測定した。その結果、これら2台の光子対源から発生した光子対と理想的な偏光量子もつれ状態との忠実度は、どちらの光子対源においても90%を超えており、偏光自由度で強く量子的にもつれた状態であることがわかった。今後はこの作成した光子対源から発生した伝令付き単一光子同士のHOM干渉を観測することを目指す。(2)近年量子鍵配送(QKD)プロトコルの研究は長年研究されてきたpoint-to-pointのプロトコルを超えて、通信する二者間に一つの中継地点を設けることで、通信距離に対する秘密鍵生成レートのスケーリングを向上させる研究が多く行われている。そこで、検出効率が1でない現実的な検出器を使用している下で、単一ノードで全光量子中継を行うプロトコルをNTT物性科学基礎研究所の東氏と共に提案した。さらに、このプロトコルがきちんと動作することを数値的に確かめ、通信距離に対して必要な光子数を見積もった。

今年，我们进行了以下两项与全光量子中继相关的研究。 (1)设计了串联2型准相位匹配PPLN波导。该波导使用自发参量下转换（SPDC）来创建具有偏振自由度的量子纠缠光子对，因为它不需要像萨格纳克干涉仪那样的大型光路，这被认为对于创建量子纠缠态很有用。此外，我们使用设计的波导创建了两个具有偏振自由度的量子纠缠光子对源。使用量子态断层扫描测量通过用 780 nm 连续激光激发每个光子对源而产生的光子对的状态。结果表明，这两个光子对源产生的光子对与理想偏振量子纠缠态的保真度均在90%以上，且偏振自由度具有强量子性。一种纠结的状态。未来，我们的目标是观察单光子与该光子对源产生的信使之间的 HOM 干涉。 (2) 近年来，对量子密钥分发（QKD）协议的研究已经超越了已经研究多年的点对点协议。因此，我们与 NTT 基础研究实验室的 Higashi 先生一起提出了一种协议，该协议在单个节点上执行全光量子中继，同时使用检测效率不为 1 的现实检测器。此外，他们还通过数值验证了该协议是否正常工作，并估计了通信距离所需的光子数量。

项目成果

タンデム型type-II 疑似位相整合PPLN 導波路による非縮退光子対生成

使用串联 II 型准相位匹配 PPLN 波导生成非简并光子对

• 发表时间: 2022
• 作者: 林祥吾; 村上翔一; 小林俊輝; 生田力三; 知名史博; 三木茂人; 寺井弘高; 小玉剛史; 澤谷恒明; 大友昭彦; 下井英樹; 山本俊
• 通讯作者: 山本俊