【研究分野】原子・分子・量子エレクトロニクス

【研究領域課題番号】17H01150 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

量子エレクトロニクス / 量子コンピュータ

【研究成果の概要】

H29.4～H30.3時間領域多重量子テレポーテーションの為には扱う時間波束幅を小さくすればするほど、実験系を小型化することができ安定化が容易になるうえ、将来これを用いて量子コンピューターをつくるとき、演算のクロック周波数を上げることができる。現在のコンピューターのクロック周波数は数GHzであるため、将来の量子コンピュータの目標としてはそれを上回る帯域が期待されている。光を情報のキャリアとして用いた場合、その周波数は100THzを越えることから、原理的には10THzのクロック周波数を持つ光量子コンピューターが可能となっている。ただし、現状では量子テレポーテーション装置の帯域は10MHz程度であるため、本研究では平成29度は量子テレポーテーション装置を100MHzに広帯域化するための要素技術開発を行った。これは時間波束幅として通常100ナノ秒であったものを10ナノ秒に縮めることに相当する。

これを可能にするためには量子テレポーテーションに必要な量子もつれの帯域幅を100MHzに広げ、量子テレポーテーションに必要なホモダイン測定、およびその測定結果に基づき量子もつれの片側を操作するフィードフォワードの帯域も100MHzにする必要がある。これらを目指しH29年度には、100MHzの帯域で動作する光パラメトリック発振器の開発、100MHzの帯域で動作するホモダイン検出器の開発、100MHzの帯域で安定して動作するフィードフォワード系の構築を行いそれらに成功した。

H30年度はこれらをさらに高性能化することに成功した。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2017-04-01 - 2019-03-31

【配分額】45,110千円 (直接経費: 34,700千円、間接経費: 10,410千円)

【研究分野】数理物理・物性基礎

【研究領域課題番号】16H02211 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

孤立量子多体系 / 熱力学第二法則 / リソース理論 / 量子情報 / 情報スクランブリング / 情報熱力学 / 数理物理 / 統計物理 / 量子エレクトロニクス / 量子計算 / 量子カオス / 熱機関 / 統計力学 / 量子コンピュータ

【研究成果の概要】

本研究で我々は、量子多体系の非平衡ダイナミクスの研究、とくに熱力学第二法則が量子力学から如何にして創発するかについての理論研究を行った。その結果として、第二法則やその一般化であるゆらぎの定理を量子力学に基づいて理論的に示し、それを数値実験によって検証することに成功した。また、その背景となる固有状態熱化仮説や、その例外である量子多体スカーについての研究も行った。さらに情報スクランブリングや熱力学リソース理論など、量子情報理論を含めた様々な観点から、量子多体系の第二法則の理論研究を行い、成果を得た。

【研究の社会的意義】

ミクロで可逆な世界の基本法則である量子力学から、マクロで不可逆な世界の基本法則である熱力学第二法則が如何にして創発するかは、物理の基本原理の観点からのみならず、冷却原子気体など孤立量子多体系の制御技術の観点からも重要である。我々は、第二法則が量子力学から創発する機構を理論的に解明したのみならず、量子情報理論など隣接分野のアイデアを取り入れた様々な研究を行った。そうして得られた成果は、量子多体系の非平衡ダイナミクスの理解に大きく貢献し、さらには量子多体系の物理と量子情報理論の境界領域を開拓するのに資するものである。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2016-04-01 - 2021-03-31

【配分額】45,110千円 (直接経費: 34,700千円、間接経費: 10,410千円)

【研究分野】原子・分子・量子エレクトロニクス

【研究領域課題番号】26247066 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

量子エレクトロニクス / 量子コンピューター / 量子コンピュータ

【研究成果の概要】

帯域100MHzの時間領域量子非破壊相互作用ゲートを作製することに成功した。また、その入力として高純度シュレーディンガーの猫状態生成に成功した。さらに、連続量量子テレポーテーション装置を用いた単一光子量子ビットテレポーテーションの時間領域多重化（多光子化）として、量子トリットの量子テレポーテーションに成功した。これらから極限コヒーレント通信に用いる複雑な量子力学的操作実現のために必須な、時間領域多重量子情報処理の基盤技術を確立することができた。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2014-04-01 - 2017-03-31

【配分額】41,730千円 (直接経費: 32,100千円、間接経費: 9,630千円)

【研究分野】原子・分子・量子エレクトロニクス

【研究領域課題番号】25247068 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

量子情報 / 量子光学 / 量子通信 / 量子コンピューター / 量子暗号 / 冷却原子 / 波長変換 / 非線形光学 / 量子情報処理 / エンタングルメント / 量子媒体転送 / 多体量子系 / 量子ネットワーク / 量子エレクトロニクス

【研究成果の概要】

量子情報処理実現に欠かせない「異種多体系間のインターフェース技術」の基盤技術の開拓のため、①光子の量子ビットと原子の量子ビットの間の転送、②伝送路の光位相雑音とビットエラーの高効率除去、③多体エンタングルメント構成法および新しい利用法の理論的提案を行った。概ね予定通りあるいは予定以上の結果が得られた。出版論文はNature Photonics、Scientific Reports、New Journal of Phys.、Phys. Rev. Aなど20件、国際会議は招待講演11件を含む43件、国内学会は招待講演6件を含む52件であり、新聞報道および多数のネットニュースによる報道があった。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2013-04-01 - 2016-03-31

【配分額】43,680千円 (直接経費: 33,600千円、間接経費: 10,080千円)

【研究分野】原子・分子・量子エレクトロニクス

【研究領域課題番号】23244080 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

量子情報 / 量子制御 / 量子エレクトロニクス / 量子コンピュータ

【研究成果の概要】

本研究では、スクイーズド光を用いたアダプティブホモダイン測定に成功し、その成果がScience誌に掲載された(H. Yonezawa et al., Science 337, 1514 (2012))。また、共振器長48mmの超小型リング共振器パラメトリック発振器および超広帯域ホモダイン測定器の開発に成功し、高レベル・広帯域のスクイーズド光生成および測定に成功した。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2011-04-01 - 2014-03-31

【配分額】49,010千円 (直接経費: 37,700千円、間接経費: 11,310千円)

【研究分野】原子・分子・量子エレクトロニクス

【研究領域課題番号】20244063 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

量子情報 / 量子エレクトロニクス / 量子コンピュータ / スクイーザー / スクイーズ / 量子情報処理 / 量子テレポーテーション / 広帯域

【研究成果の概要】

広帯域ユニバーサルスクイーザーの作製に成功し、単一光子状態をスクイーズし、シュレディンガーの猫状態を生成する事に成功した。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2008 - 2011

【配分額】48,750千円 (直接経費: 37,500千円、間接経費: 11,250千円)

【研究分野】情報学基礎

【研究領域課題番号】20300002 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

量子コンピュータ / 量子計算 / アルゴリズム / 量子情報 / 離散数学 / 量子エレクトロニクス / 計算機システム

【研究成果の概要】

現在のコンピュータの限界を超えるモデルとして量子計算を対象とし、そのパワーの源である量子相関を解析した。古典力学では現れない相関をもたらす量子相関について、離散最適化の観点からカット多面体を軸とする方法、連続最適化の観点から量子最大破れを解析し、また計算量の観点から対話型証明系との同値性を示し、量子相関の体系的に解明した。さらに量子計算モデル及び量子情報の研究へ展開をはかり、離散・連続の幾何構造を解明した。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2008 - 2010

【配分額】18,980千円 (直接経費: 14,600千円、間接経費: 4,380千円)