損失耐性のある量子測定の研究

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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。