ループ型光回路による大規模量子計算の実現

本年度は、前年度までに開発を行った光量子情報プロセッサに入力するための非古典状態の生成手法について、2つのテーマで研究を行った。1つ目のテーマは、可干渉分岐操作によるGottesman-Kitaev-Preskill(GKP)符号化の理論研究である。GKP状態は誤り耐性型の光量子計算を行うための論理量子ビットとして有望視されている。GKP状態は、コヒーレント状態の重ね合わせであるシュレーディンガーの猫状態を一般化したような量子状態である。シュレーディンガーの猫状態の効率的な生成方法については、前年度に「一般化光子引き去り」として理論提案しており、この手法をGKP状態の生成へ応用できないか模索していた。本年度は、一般化光子引き去りをビームスプリッタ相互作用ではなく量子非破壊相互作用により実装することでGKP状態の生成が可能であることを示した。2つ目のテーマは、光量子状態の時間波形を任意の形状に整形する理論および実験の研究である。時間領域多重光量子情報処理において量子状態の時間波形は重要な自由度であり、様々な有用な応用が知られる。本テーマでは、波形整形が難しい非ガウス型状態と呼ばれる状態を、任意の時間波形で生成する手法を提案した。手法の核となるアイデアは、非ガウス型状態を生成する方法として一般的な伝令付き状態生成を広帯域スクイーズド光源で実装し、光子検出器前に設置した光フィルタで波形を決定するというものである。この提案手法を用い、実験的に非ガウス型状態を特殊な形状の時間波形で生成することに成功した。これらの内容を学位論文としてまとめ博士号を取得した。さらに、それぞれの内容で学術誌に投稿する予定である。

本年度は、前年度までに開発を行った光量子情報プロセッサに入力するための非古典状態の生成手法について、2つのテーマで研究を行った。1つ目のテーマは、可干渉分岐操作によるGottesman-Kitaev-Preskill(GKP)符号化の理論研究である。GKP状態は誤り耐性型の光量子計算を行うための論理量子ビットとして有望視されている。GKP状態は、コヒーレント状態の重ね合わせであるシュレーディンガーの猫状態を一般化したような量子状態である。シュレーディンガーの猫状態の効率的な生成方法については、前年度に「一般化光子引き去り」として理論提案しており、この手法をGKP状態の生成へ応用できないか模索していた。本年度は、一般化光子引き去りをビームスプリッタ相互作用ではなく量子非破壊相互作用により実装することでGKP状態の生成が可能であることを示した。2つ目のテーマは、光量子状態の時間波形を任意の形状に整形する理論および実験の研究である。時間領域多重光量子情報処理において量子状態の時間波形は重要な自由度であり、様々な有用な応用が知られる。本テーマでは、波形整形が難しい非ガウス型状態と呼ばれる状態を、任意の時間波形で生成する手法を提案した。手法の核となるアイデアは、非ガウス型状態を生成する方法として一般的な伝令付き状態生成を広帯域スクイーズド光源で実装し、光子検出器前に設置した光フィルタで波形を決定するというものである。この提案手法を用い、実験的に非ガウス型状態を特殊な形状の時間波形で生成することに成功した。これらの内容を学位論文としてまとめ博士号を取得した。さらに、それぞれの内容で学術誌に投稿する予定である。