ファイバ入射パルス波形の最適化制御による波長間エンタングルメントの大規模任意形成

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本年度は周波数域Hong-Ou-Mandel干渉による量子干渉実験を行った。この実験では４－ｆ波形整形器によってフェムト秒パルス単一光子の周波数位相を制御することにより、直交基底上に逐次フォトンを生成し、最終的に分光測定を行うことでフォトニックチップ型の量子回路と同等の働きを周波数多重量子回路によって実現できる、というオリジナルなアイディアに基づくものである。その最も簡単な実証実験として周波数多重Hong-Ou-Mandel干渉によるフォトン間の周波数干渉を観測した。実験では、ガウシアン状スペクトルを示す微弱コヒーレント光の中心波長から長波長側のスペクトルに波形整形器によって位相シフトを与えることで、ガウシアン関数と直交するスペクトル振幅を示す光源を得た。これに対してガウシアン状スペクトルの伝令付き単一光子を同期させて生成することで、長波長スペクトル成分―短波長側スペクトル成分間でのHong-Ou-Mandel干渉を実現した。この成果は、波形整形技術によって決定論的に量子状態を制御するものであり、本研究の当初の計画であったアダプティブ制御による量子状態制御よりもさらに発展的な実験結果である。今後は、本研究によって得られた原理実証をもとに、更なるモード数の拡張とアプリケーションの開発に取り組んでいきたいと考えている。モード数の拡張においては、Chirped fiber Bragg Gratingを用いてフェムト秒パルスに膨大なチャープを加え、周波数―時間変換を行うことで最大20の周波数モードにおける量子状態の制御が可能であると考えてる。さらに、これを分子振動計算などの量子シミュレータとして動作させることでアプリケーションに耐えうるデバイスとしての可能性を開拓していきたい。