Direct measurement of time-frequency quantum channels of photons for the construction of the quantum internet infrastructure

本研究では, 個々の量子系を量子通信によりコヒーレントに接続し, 将来的に大規模な量子情報処理を目指す「量子インターネット」構想を念頭に置き, 各量子系を光子の時間-周波数自由度に量子情報をエンコードして伝送する際の, 送りたい光子の時間-周波数状態の準備, および量子チャネル通過に伴う未知の変換 (プロセス) , 光子を検出して状態を評価する際の測定を評価する手段として, 「直接測定」という独自のアプローチを提案し, 実証することを目指している. 今年度は、まず量子状態の直接測定の具体的な実現方法を見直し、大幅な光子損失を伴う射影測定を利用した当初の方式ではなく、原理的に無損失なユニタリ変換を用いる新たな方法を見出した。次に、その方法を時間自由度に量子状態をエンコードした光パルス列に適用し、直接測定を実験的に実現するための予備実験を行った。状態生成に関しては光の振幅位相を変換するdual parallel modulator (DPM)で行うが、準備状態がわずかに時間ドリフトすることがわかり、それを補償する制御が必要であることがわかった。直接測定のためのユニタリ変換および光検出は非対称Mach-Zehnder干渉系および高速オシロスコープで実施し、理想的に実現できることを確認した。

本研究では, 個々の量子系を量子通信によりコヒーレントに接続し, 将来的に大規模な量子情報処理を目指す「量子インターネット」構想を念頭に置き, 各量子系を光子の時間-周波数自由度に量子情報をエンコードして伝送する際の, 送りたい光子の時間-周波数状態の準備, および量子チャネル通過に伴う未知の変換 (プロセス) , 光子を検出して状態を評価する際の測定を評価する手段として, 「直接測定」という独自のアプローチを提案し, 実証することを目指している. 今年度は、まず量子状態の直接測定の具体的な実現方法を見直し、大幅な光子損失を伴う射影測定を利用した当初の方式ではなく、原理的に無損失なユニタリ変換を用いる新たな方法を見出した。次に、その方法を時間自由度に量子状態をエンコードした光パルス列に適用し、直接測定を実験的に実現するための予備実験を行った。状態生成に関しては光の振幅位相を変換するdual parallel modulator (DPM)で行うが、準備状態がわずかに時間ドリフトすることがわかり、それを補償する制御が必要であることがわかった。直接測定のためのユニタリ変換および光検出は非対称Mach-Zehnder干渉系および高速オシロスコープで実施し、理想的に実現できることを確認した。