単一光子に対するカー効果の弱測定、および幾何学的位相の測定理論の構築

今年度は弱測定に関する研究として主に2つの測定手法に関して検討を行った。1つ目は混合状態を用いた弱測定であり、2つ目は交換相互作用を用いた弱測定である,混合状態を用いた弱測定は昨年度の理論的な検討により、測定のブローブとして用いる状態が完全な混合状態であっても、弱測定が行えることを確認していた、今年度はこの事実を実験的に検証するために、光学系を用いた原理検証実験を行った、実験では、無偏光な状態を用いた場合にも弱測定を利用することで、偏光回転素子の角度の測定が行えることを検証した,また、混合状態を用いた場合にも、弱測定による測定値の増幅効果があることも確認した。2つ目の交換相互作用を用いた弱測定に関しては、単一の相互作用のみを用いて2状態系のすべての物理量の弱値を測定する手法を考案し、これを実現するための光学系の提案を行った。より一般的な相互作用を用いた場合にも、同様の手法ですべての物理量の弱値が測定できることを示した。幾何学的位相の測定手法に関しては、時間反転量子光学系を用いた測定手法を提案し、検証実験を行ってきた時間反転量子光学系とは、量子的な光の生成を行う代わりに、量子的な光の成分の検出を行うことで、効率的に量子干渉実験を行うことのできる実験系である、この考え方を幾何学的位相の測定に応用し、偏光エンタングルメントをもった光の成分のみを事後選択により選び出すことで、エンタングルした光子対に対する幾何学的位相の測定を行った。また、昨年度に構築した光子対に対する幾何学的位相の理論モデルとの比較を行い、実験結果が理論予測とよく一致していることを確認した。

今年度は弱測定に関する研究として主に2つの測定手法に関して検討を行った。1つ目は混合状態を用いた弱測定であり、2つ目は交換相互作用を用いた弱測定である,混合状態を用いた弱測定は昨年度の理論的な検討により、測定のブローブとして用いる状態が完全な混合状態であっても、弱測定が行えることを確認していた、今年度はこの事実を実験的に検証するために、光学系を用いた原理検証実験を行った、実験では、無偏光な状態を用いた場合にも弱測定を利用することで、偏光回転素子の角度の測定が行えることを検証した,また、混合状態を用いた場合にも、弱測定による測定値の増幅効果があることも確認した。2つ目の交換相互作用を用いた弱測定に関しては、単一の相互作用のみを用いて2状態系のすべての物理量の弱値を測定する手法を考案し、これを実現するための光学系の提案を行った。より一般的な相互作用を用いた場合にも、同様の手法ですべての物理量の弱値が測定できることを示した。幾何学的位相の測定手法に関しては、時間反転量子光学系を用いた測定手法を提案し、検証実験を行ってきた時間反転量子光学系とは、量子的な光の生成を行う代わりに、量子的な光の成分の検出を行うことで、効率的に量子干渉実験を行うことのできる実験系である、この考え方を幾何学的位相の測定に応用し、偏光エンタングルメントをもった光の成分のみを事後選択により選び出すことで、エンタングルした光子対に対する幾何学的位相の測定を行った。また、昨年度に構築した光子対に対する幾何学的位相の理論モデルとの比較を行い、実験結果が理論予測とよく一致していることを確認した。