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。

这项研究的目的是为单个光子建立高分辨率的频率测量技术。为了实现这一目标，有必要（1）使用单个光子检测器和局部局部发射（LO）和（2）窄带光子产生的杂化测量技术。今年，关于（1），我们启动了一个杂尼测量装置，该设备结合了超导单光子检测器（SSPD）和乙炔稳定的激光器，并成功地测量了自然放射的放大光的频率，该光线削弱到单光子水平。在1550 nm左右的频率范围内生成自然放射的放大光之后，它被输入到一个谐振器中，其传输线宽度为24 MHz，自由光谱区域为1.47 GHz，从而产生具有梳状光谱结构的光。通过将光线减弱到单个光子水平并将其与LO一起输入SSPD，我们成功地检测了一个接近谐振器设计值的节拍信号。此外，我们使用LO和目标光子之间的强度干扰信号在未知的量子状态下开发了一种量子状态断层扫描（QST）的方法。在这种方法中，传统QST中所需的所有活动设备都将转移到LO制备系统中，并且在目标光子模式下仅需要一个被动式束缚器。因此，它适用于估计用各种物理自由度编码的量子状态。该结果发表在《美国物理学杂志》应用的物理综述中。

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