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小坂・堀切研究室紹介KOSAKA & HORIKIRI Laboratory

 

量子情報テクノロジーは、量子通信・量子計算・量子シミュレータ・量子センサーなど、近未来の情報社会を支える夢の技術として期待されています。本研究室では量子通信や量子計算の実現に向けて量子もつれネットワークに取り組んでいます。

研究室HP  :http://kosaka-lab.ynu.ac.jp/
キーワード:量子情報、量子テレポーテーション、量子通信、量子中継、量子波長変換、量子コンピュータ、量子シミュレータ、量子センサー、光子、電子、核子、偏光、軌道、スピン

研究概要

ダイヤモンド中の窒素空孔中心(NV中心)を用い、光子から窒素核子への伝令付きの量子テレポーテーションに成功し、第三世代量子通信と呼ぶ1000km級の量子ネットワークを実現する量子中継器のコア技術を開発しました。

研究成果

  • 量子テレポーテーションの原理を応用し、NV中心を構成する窒素の核子と量子もつれ状態にある電子に光子を吸収させることで、光子から核子への伝令付き量子状態転写に成功した。
  • 可視光からラジオ波までの10桁に渡る電磁波を用い、完全無磁場下にあるNV中心の縮退した電子スピンを偏光に対応した任意量子状態に初期化、任意軸回りに任意角回転、任意軸への射影読み出しに成功した。
  • 特定の量子もつれ状態とした電子と窒素核子のうち電子だけを光操作することで、任意の電子-核子量子もつれを生成し、核スピンを光波により高速に任意量子操作することに成功した。
  • 上記技術をゲートテレポーテーションに応用し、量子テレポーテーション転写の完全性評価を行えるようになった。
  • NV中心の周辺にある同位体炭素13Cの核子への量子状態転写に向け、電子-炭素量子もつれ生成に取り組んでいる。
  • 長距離光通信に使われる1.5μm帯の光子からNV中心の吸収波長0.637μmへの量子波長変換に成功し、約30%の量子変換効率を得た。
  • High fidelity transfer and storage of photon states in a single nuclear spin, Nature Photonics, 10, 507-511 (2016). Sen Yang, Ya Wang, Thai Hien Tran, S. Ali Momenzadeh, M. Markham, D. J.Twitchen, Rainer Stohr, Philipp Neumann, Hideo Kosaka, and Jorg Wrachtrup(共著)
  • Geometric spin echo under zero field, Nature Communications, 7, 11668 (2016).Yuhei Sekiguchi, Yusuke Komura, Shota Mishima, Touta Tanaka, Naeko Niikura and Hideo Kosaka(共著)
  • Two-photon interference at telecom wavelengths for time-bin-encoded single photons from quantum-dot spin qubits, Nature Communications, 6, 8955 (2015). Leo Yu, Chandra M. Natarajan, Tomoyuki Horikiri, Carsten Langrock, Jason S.Pelc, Michael G. Tanner, Eisuke Abe, Sebastian Maier, Christian Schneider, Sven Höfling, Martin Kamp, Robert H. Hadfield, Martin M. Fejer and Yoshihisa Yamamoto(共著)
  • Entangled Absorption of a Single Photon with a Single Spin in Diamond, Phys. Rev. Lett., 114, 053603 (2015).Hideo Kosaka, Naeko Niikura(主著)
  • Absorption-based Quantum Communication with NV centres, New Journal of Physics, 17, 103012 (2015). Burkhard Scharfenberger, Hideo Kosaka, William Munro, Kae Nemoto(共著)
  • Optical quantum memory made from single nuclear spin in nitrogen vacancy in diamond”, Bulletin of the American Physical Society, vol. 60, Number 1, A37.4, APS. (March 2, 2015).Sen Yang, Ya Wang, Thai Hien Tran, S Ali Momenzadeh, Rainer Stoehr, Philipp Neumann, Hideo Kosaka, Joerg Wrachtrup(共著)