空間位相変調器を用いた量子状態の高効率測定

本研究の目的は、パルス光を用いた光導波路中のパラメトリック増幅によるエンタングルメント生成の質の向上を実現することである。エンタングルメントの生成と制御は、現代の科学の最も重要な課題の一つであり、強い相関を有するエンタングルメントの生成と制御は、量子情報処理や量子計測を社会で現実に使われる技術とするためにも必要不可欠である。パルス光の高い瞬間強度を利用し、周期分極反転光導波路中のシングルパスの光パラメトリック増幅によりスクイージングとエンタングルメントを生成する手法は、最も有望な方法でありながら、従来は、空間モードの制御が不十分なために、質の高いエンタングルメ ントを実現することができていなかった。本研究では、光学系の見直しを行うことにより２つのビーム間のビジビリティを改善したあとで、空間位相変調器を導入し、ビジビリティの改善とスクイージングの改善を実施し、従来を上回る97%のビジビリティを実現し、さらに、2021年度には、パルス光を用いたスクイージングではこれまでの最高である5.1dBのスクイージングを達成することができた。さらに、2022年度は機械学習を用いて空間位相変調器の位相分布を最適化することにより、5.88 dBのスクイージングを実現した。これは、1994年にKimらが達成した5.8 dBのパルス光スクイージングの従来の記録を塗り替える成果である。これにより、本研究で目指した機械学習によるエンタングルメントの質向上が可能であることを示すことができた。

本研究の目的は、パルス光を用いた光導波路中のパラメトリック増幅によるエンタングルメント生成の質の向上を実現することである。エンタングルメントの生成と制御は、現代の科学の最も重要な課題の一つであり、強い相関を有するエンタングルメントの生成と制御は、量子情報処理や量子計測を社会で現実に使われる技術とするためにも必要不可欠である。パルス光の高い瞬間強度を利用し、周期分極反転光導波路中のシングルパスの光パラメトリック増幅によりスクイージングとエンタングルメントを生成する手法は、最も有望な方法でありながら、従来は、空間モードの制御が不十分なために、質の高いエンタングルメ ントを実現することができていなかった。本研究では、光学系の見直しを行うことにより２つのビーム間のビジビリティを改善したあとで、空間位相変調器を導入し、ビジビリティの改善とスクイージングの改善を実施し、従来を上回る97%のビジビリティを実現し、さらに、2021年度には、パルス光を用いたスクイージングではこれまでの最高である5.1dBのスクイージングを達成することができた。さらに、2022年度は機械学習を用いて空間位相変調器の位相分布を最適化することにより、5.88 dBのスクイージングを実現した。これは、1994年にKimらが達成した5.8 dBのパルス光スクイージングの従来の記録を塗り替える成果である。これにより、本研究で目指した機械学習によるエンタングルメントの質向上が可能であることを示すことができた。