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単一光子の決定論的スイッチングを可能にする光ファイバー内群速度「不整合」カー効果

光纤中的群速度“不匹配”克尔效应实现了单光子的确定性切换

基本信息

批准号：
21K18902
负责人：
金田文寛
金额：
$ 4.16万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-07-09 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-21K18902/
关键词：
光子光スイッチ量子光学単一光子光カー効果

项目摘要

単一光子は量子情報処理における有力な量子ビット媒体であり、その操作には極限の低損失化、高速化、高精度化が要求されている。しかし、ほぼ全ての光スイッチング素子は、その物理的大きさによって、低損失性か高速性の一方しか達成できていない。本研究では、現在成功的に商用化されている数少ない低損失光閉じ込めデバイスである光ファイバーと、その内部で起こる、高速な光パルスの重なりに基づく全光学的単一光子スイッチングの実証を目標として研究を実施している。本年度では、昨年度設計したカー効果用光ファイバーを中心とした光学系を構築し、ゲート光パルスと単一光子パルスの2つの異なる波長で高いファイバー結合効率を実現した（>90%）。しかし、その後学内異動等のために実験継続が困難となり、ノイズ光子や偏波ドリフト等の評価を実施することはできなかった。一方で、1300 nm帯での単一光子発生手法において、昨年度明らかにした自発パラメトリック下方変換の群速度整合に加え、分極構造の制御による高い純粋度をもつ伝令付き単一光子発生法を発見した。これは本研究の単一光子のスイッチングの実証のみならず、光通信Oバンドにて高精度な光量子情報処理を実現するための重要光源となる可能性をもつ。さらに、昨年度新手法として実証した電気光学スイッチングによる偏光状態に依存しない新たな単一光子スイッチング手法において、ナノ秒の分解能をもつ世界で最も低損失なスイッチの実証に成功した。

Single photon quantum information processing requires powerful quantum media, high speed, and high precision. All optical elements are produced in the same way as the physical elements, and the optical elements are produced in the same way as the physical elements, and the optical elements are produced in the same way as the physical elements. This study is aimed at achieving the objective of commercializing the optical fiber with low optical loss, high optical speed, and all-optical fiber. This year, the design results of the optical system were achieved (> 90%). It is difficult to evaluate the changes in the future, such as photon polarization. A single photon generation method in the 1300 nm band was developed in the past year. The group velocity integration was increased and the polarization structure was controlled. The purity was high. This paper discusses the possibility of realizing the important light source of high precision optical quantum information processing in optical communication. In the past year, the new method has been successfully demonstrated to be the world's lowest loss in terms of polarization state dependence.