単一光検出器を用いた非古典光のコヒーレント検波

使用单个光电探测器对非经典光进行相干检测

• 批准号: 22K03490
• 负责人: 逵本 吉朗
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: National Institute of Information and Communications Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K03490/
• 关键词: 量子光学; 量子情報; 単一光子; 量子通信; 量子情報処理; パラメトリック下方変換

本研究では、単一光子に対する高分解能周波数測定技術を確立することを目標に研究を行っている。この目標を達成するためには、(1) 単一光子検出器と微弱局発光(local oscillator, LO)を用いたヘテロダイン測定技術、(2) 狭帯域光子生成を実現する必要がある。今年度は、(1)に関して、超伝導単一光子検出器(SSPD)とアセチレン安定化レーザーを組み合わせたヘテロダイン測定器を立ち上げ、単一光子レベルに弱めた自然放射増幅光の周波数測定に成功した。波長1550nm付近で広い周波数幅を有する自然放射増幅光を生成した後、透過線幅24MHz、自由スペクトル領域1.47GHzの共振器へ入力することで、くし型のスペクトル構造を持つ光を生成した。その光を単一光子レべルまで減衰させ、LOと共にSSPDへ入力することにより、共振器の設計値と近い値のビート信号を検出することに成功した。さらに、LOと未知の量子状態にあるターゲット光子との強度干渉信号から、量子状態トモグラフィ(Quantum state tomography. QST)を行う手法を開発した。この手法では、従来のQSTで必要であった能動的なデバイスを全てLOの準備系に移行することで、ターゲット光子のモードには受動的なビームスプリッターだけを配置するだけでよい。従って、様々な物理自由度にエンコードされた量子状態の推定に適用可能である。この成果については米国物理学会誌Physical Review Appliedに掲載された。

在这项研究中，我们的目标是建立单光子的高分辨率频率测量技术。为了实现这一目标，有必要实现（1）使用单光子探测器和本机振荡器（LO）的外差测量技术，以及（2）窄带光子生成。今年，针对（1），我们推出了结合超导单光子探测器（SSPD）和乙炔稳定激光器的外差测量仪器，并成功测量了减弱到单光子水平的自发放大光的频率。在产生波长接近1550 nm的宽频率范围的自发放大光后，将其输入到传输线宽为24 MHz、自由光谱范围为1.47 GHz的谐振器中，产生具有梳状光谱结构的放大光。 。通过将光衰减到单光子水平并将其与 LO 一起输入到 SSPD，我们成功地检测到了值接近谐振器设计值的拍频信号。此外，我们还开发了一种根据 LO 和未知量子态目标光子之间的强度干涉信号执行量子态断层扫描 (QST) 的方法。在该方法中，传统QST所需的所有有源器件都转移到LO准备系统中，并且目标光子模式只需要无源分束器。因此，它适用于估计以各种物理自由度编码的量子态。该成果发表在美国物理学会期刊《Physical Review Applied》上。

项目成果

Quantum State Tomography of Qudits via Hong-Ou-Mandel Interference

• DOI: 10.1103/physrevapplied.19.014008
• 发表时间: 2022-05
• 期刊: 2023 Conference on Lasers and Electro-Optics Europe & European Quantum Electronics Conference (CLEO/Europe-EQEC)
• 作者: Yoshiaki Tsujimoto;R. Ikuta;K. Wakui;Toshiki Kobayashi;M. Fujiwara