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

建立原子自旋系综和光量子态之间的量子界面以进行量子信息处理

基本信息

批准号：
07J01927
负责人：
高野哲至
金额：
$ 1.15万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2007
资助国家：
日本
起止时间：
2007 至 2008
项目状态：
已结题

项目摘要

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。

首先，开发了延迟线以使用多个法拉第旋转相互作用进行量子信息处理。开发的延迟线的延迟时间为180 ns，足以避免重叠的脉冲光。使用创建的延迟线，进行了射击噪声测量值和量子非破坏性测量，可实现高达1.2dB的自旋挤压。接下来，我们使用虚拟磁场效应对旋转的量子状态控制进行了实验。首先，自旋平行于探针光，并用虚拟磁场光照射，并将自旋旋转180度约10μs。此外，我们成功地进行了一项实验，在该实验中，将虚拟磁场光照射到垂直于探针光的旋转的旋转，控制自旋的不确定性，并观察带有另一个光旋转的光的不确定性。此外，还可以观察到旋转的量子非破坏性测量的正相关转移到负相关。这是一个非常重要的成就，在挤压旋转状态下也可以被视为量子断层扫描。人们认为，通过使用这些结果和上面提到的延迟线，即可可以使用高级量子信息处理，例如上一年提出的交换门。此外，作为一种新的尝试，我们已经开始研究旨在在光学晶格中挤压原子旋转的研究。作为第一步，我们尝试了一个实验观察跨型偶极力陷阱中的原子。通过辐照浓缩至直径约为20μm的探针光，然后使用SLITS进行空间滤波，探针区域与原子分布一致，并且观察到冷却至极低温度的原子。