8個の光子による、量子もつれ状態(GHZ状態)の生成

本研究では、大規模光量子回路の実現に向けた研究を行った。本年度は、線形光学制御ノットゲートのエラー解析および再帰型量子ゲートに関する理論提案を行った。一般に光量子回路では、前段のゲートで生じたエラーが後のゲートへ伝搬、蓄積されるため、その規模が大きくなるほど最終的な出力の信頼度が低くなってしまう。この問題を解決するためには、個々のゲートにおけるエラーを減少させる必要がある。本研究では、線形光学制御ノットゲートのエラー解析を行った。本研究では、特に、2光子干渉や光学部品の各種不完全性に起因するエラーの重大さ、それらの相乗・相殺効果に着目した。その結果、2光子干渉の不完全さ(モードミスマッチ)及びモード間のクロストークがより重大であること、また、相殺効果は条件によりエラーの10%にも達することを明らかにした。また、光量子回路の規模が増大すると、必要となるゲート数が増加、調整の複雑化や、回路サイズの増大といった問題が生じる。これらの問題を解決する方法として、光子列をゲート素子に繰り返し入射しながら処理を行う方法を提案した。本研究において、この方法により任意の量子回路を実現可能であることを示し、また具体的に、多光子もつれ合い状態を生成するための光量子回路を提案した。これらに加えて、線形光学制御ノットゲートのエラー解析から得た結果などから、多光子もつれ合い状態の忠実度を計算により見積もった。以上の結果は、今後の線形光学量子回路の構築に対する指標となるものである。

本研究では、大規模光量子回路の実現に向けた研究を行った。本年度は、線形光学制御ノットゲートのエラー解析および再帰型量子ゲートに関する理論提案を行った。一般に光量子回路では、前段のゲートで生じたエラーが後のゲートへ伝搬、蓄積されるため、その規模が大きくなるほど最終的な出力の信頼度が低くなってしまう。この問題を解決するためには、個々のゲートにおけるエラーを減少させる必要がある。本研究では、線形光学制御ノットゲートのエラー解析を行った。本研究では、特に、2光子干渉や光学部品の各種不完全性に起因するエラーの重大さ、それらの相乗・相殺効果に着目した。その結果、2光子干渉の不完全さ(モードミスマッチ)及びモード間のクロストークがより重大であること、また、相殺効果は条件によりエラーの10%にも達することを明らかにした。また、光量子回路の規模が増大すると、必要となるゲート数が増加、調整の複雑化や、回路サイズの増大といった問題が生じる。これらの問題を解決する方法として、光子列をゲート素子に繰り返し入射しながら処理を行う方法を提案した。本研究において、この方法により任意の量子回路を実現可能であることを示し、また具体的に、多光子もつれ合い状態を生成するための光量子回路を提案した。これらに加えて、線形光学制御ノットゲートのエラー解析から得た結果などから、多光子もつれ合い状態の忠実度を計算により見積もった。以上の結果は、今後の線形光学量子回路の構築に対する指標となるものである。