オンデマンド単一光子源を用いた多光子干渉の実現

本研究は、光子を用いた量子計算の実現を目指し、「オンデマンド単一光子源を用いた多光子干渉の実現」をテーマとする。当該年度では、まず「２光子干渉」実験の結果を国際学会にて口頭発表を行った。また、投稿論文として学術雑誌への投稿を行い、arXiv (quant-ph)にて公表した。本研究では量子計算実現への積年のネックであった、光子源の放出タイミングの不一致による光子干渉確率の低さという課題を、これまでに実現したオンデマンド単一光子源を2台用いることで克服した。2光子干渉後の量子もつれ状態は、光ホモダイントモグラフィーという手法で検証を行い、高純度な2光子干渉した状態が得られていることを確認した。次に「3光子干渉」のように２光子から3光子へ単純に光子数を増やすよりも、「0光子と1光子の重ね合わせ状態」のように極めて量子力学的な性質を示す状態を保存し、オンデマンドに取り出すことが重要であると考えた。これにより量子情報のキャリアの最も基本となる「one-rail 量子ビットのメモリーへの保存と取り出し」という極めて革新的なことが可能になる。そこで次にこの実現を目指した。この実現には、光学系の改善、とりわけ周波数の異なる光の相対関係(周波数と位相)をすべて同期する技術が必要となる。本研究では、この課題を解決する具体的な方法として、ダイレクト・デジタル信号合成という技術を新たに実験系に取り入れ、本研究のオンデマンド単一光子源の位相を安定化した。この成果は、国内学会にて共同研究者と共著で発表した。今後、本実験装置の改良を重ねることで、重ね合わせ状態の位相敏感で量子力学的な性質を保ちつつ、その保存と生成が可能になることが期待される。これは量子メモリーとして量子計算へのキー要素となる。

本研究は、光子を用いた量子計算の実現を目指し、「オンデマンド単一光子源を用いた多光子干渉の実現」をテーマとする。当該年度では、まず「２光子干渉」実験の結果を国際学会にて口頭発表を行った。また、投稿論文として学術雑誌への投稿を行い、arXiv (quant-ph)にて公表した。本研究では量子計算実現への積年のネックであった、光子源の放出タイミングの不一致による光子干渉確率の低さという課題を、これまでに実現したオンデマンド単一光子源を2台用いることで克服した。2光子干渉後の量子もつれ状態は、光ホモダイントモグラフィーという手法で検証を行い、高純度な2光子干渉した状態が得られていることを確認した。次に「3光子干渉」のように２光子から3光子へ単純に光子数を増やすよりも、「0光子と1光子の重ね合わせ状態」のように極めて量子力学的な性質を示す状態を保存し、オンデマンドに取り出すことが重要であると考えた。これにより量子情報のキャリアの最も基本となる「one-rail 量子ビットのメモリーへの保存と取り出し」という極めて革新的なことが可能になる。そこで次にこの実現を目指した。この実現には、光学系の改善、とりわけ周波数の異なる光の相対関係(周波数と位相)をすべて同期する技術が必要となる。本研究では、この課題を解決する具体的な方法として、ダイレクト・デジタル信号合成という技術を新たに実験系に取り入れ、本研究のオンデマンド単一光子源の位相を安定化した。この成果は、国内学会にて共同研究者と共著で発表した。今後、本実験装置の改良を重ねることで、重ね合わせ状態の位相敏感で量子力学的な性質を保ちつつ、その保存と生成が可能になることが期待される。これは量子メモリーとして量子計算へのキー要素となる。