量子情報処理に向けた原子スピン集団と光量子状態間の量子インターフェースの確立

まず、複数回のファラデー回転相互作用を用いた量子情報処理を行うため、ディレイラインを開発した。開発したディレイラインの遅延時間は180nsであり、パルス光の重複を避けるために十分なものであった。作成したディレイラインを用いてショットノイズ測定・スピンの量子非破壊測定を行い、最大1.2dBのスピンスクイジングを実現した。次に、仮想磁場効果によるスピンの量子状態制御の実験を行った。まず、スピンをプローブ光と平行に偏極し、仮想磁場光を照射して、およそ10μsの間にスピンを180度回転した。また、プローブ光と垂直に偏極したスピンに対しても仮想磁場光を照射し、スピンの不確定性を制御し、スピンに記録した光の不確定性を別の光によって観測する実験に成功した。さらには、スピンの量子非破壊測定における正の相関が負の相関に移り変わるのも観測することが出来た。これは、スクイズドスピン状態の量子トモグラフィとみなすことも出来る、非常に重要な成果である。そして、これらの結果と前述のディレイラインを用いることにより、前年度に提案したスワッピングゲートなどの高度な量子情報処理が可能となると考えられる。さらに、新たな試みとして、光格子中の原子スピンのスクイジングを目指した研究を開始した。その第一歩として、交差型双極子力トラップ中の原子を観測する実験に挑戦した。直径20μm程度に集光したプローブ光を照射し、さらにスリットによって空間フィルタリングを行うことによって、プローブ領域を原子分布と一致させ、極低温まで冷却された原子を観測することに成功した。

まず、複数回のファラデー回転相互作用を用いた量子情報処理を行うため、ディレイラインを開発した。開発したディレイラインの遅延時間は180nsであり、パルス光の重複を避けるために十分なものであった。作成したディレイラインを用いてショットノイズ測定・スピンの量子非破壊測定を行い、最大1.2dBのスピンスクイジングを実現した。次に、仮想磁場効果によるスピンの量子状態制御の実験を行った。まず、スピンをプローブ光と平行に偏極し、仮想磁場光を照射して、およそ10μsの間にスピンを180度回転した。また、プローブ光と垂直に偏極したスピンに対しても仮想磁場光を照射し、スピンの不確定性を制御し、スピンに記録した光の不確定性を別の光によって観測する実験に成功した。さらには、スピンの量子非破壊測定における正の相関が負の相関に移り変わるのも観測することが出来た。これは、スクイズドスピン状態の量子トモグラフィとみなすことも出来る、非常に重要な成果である。そして、これらの結果と前述のディレイラインを用いることにより、前年度に提案したスワッピングゲートなどの高度な量子情報処理が可能となると考えられる。さらに、新たな試みとして、光格子中の原子スピンのスクイジングを目指した研究を開始した。その第一歩として、交差型双極子力トラップ中の原子を観測する実験に挑戦した。直径20μm程度に集光したプローブ光を照射し、さらにスリットによって空間フィルタリングを行うことによって、プローブ領域を原子分布と一致させ、極低温まで冷却された原子を観測することに成功した。