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ダイヤモンド⾊中⼼のノード間接続に向けた不可弁別性の実証

伊藤大輔, 関口雄平, 木村 晃介, 竹中　康太, 忍 小野田, 牧野 俊晴, 加藤宙光, 小坂英男

Published Sep 17, 2025• 0 citations
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Abstract

誤り耐性型量子コンピューターの実現には 数百万量子ビットが必要であるが、超伝導量 子コンピューターの場合、マイクロ波配線か らの熱流入と空間的制約によ り、一つの冷凍機に収容できる量子ビッ ト数が制限される。 この解決策として、我々はダイヤモンド色中 心を用いた量子トランスデューサーによる冷 凍機間の光接続に注目している。光接続は、量子トランスデューサーにより マイク口波光子を通信用光子へ変換した上 で、光子干渉を用いてノード間で量子もつれ 生成を行うことで実現される。 したがって、 変換された光子は不可弁別である必要があ り、これはHong-Ou-Mandel(HOM)干渉によ り確かめることが可能である。本講演では、右図に示した2種類のダイヤ モンド色中心による HOM干渉の報告と、量 子計算への応用を見据えた周波数エラー等に よる物理量子チャネルとしての忠実度劣化に ついて詳細議論を行う。

Related papers

時間前後性の実験的検証に向けた量子光学実験の提案 ― 高速ビームスプリッター切替とHong–Ou–Mandel干渉を用いた検証 ―

恒久 千葉

タイトル (Title): Proposal for Quantum Optics Experiments Toward Experimental Verification of Temporal Bidirectionality: Verification Using High-Speed Beam Splitter Switching and Hong-Ou-Mandel Interference / 時間前後性の実験的検証に向けた量子光学実験の提案 - 高速ビームスプリッター切替とHong-Ou-Mandel干渉を用いた検証 - 説明 (Description): [English] This paper formulates the hypothesis of "temporal bidirectionality" in quantum phenomena and proposes an experimental scheme for its verification using quantum optics. Here, temporal bidirectionality refers to the possibility that temporal degrees of freedom corresponding to both before and after a process contribute to quantum state formation and interference. Specifically, we propose an experimental setup using Mach-Zehnder and Hong-Ou-Mandel (HOM) interferometers with high-speed optical path switching at frequency f. By introducing a characteristic time scale Δt, we establish a framework to compare standard quantum mechanical predictions against temporal bidirectionality models based on the frequency dependence of interference visibility V(f) and HOM dip parameters. The primary objective of this study is not to assert the existence of temporal bidirectionality a priori, but to translate a novel hypothesis on the structure of time into a falsifiable quantum optical test. [日本語] 本論文では、量子現象における「時間前後性 (temporal bidirectionality)」という仮説を定式化し、量子光学を用いた実験的検証方法を提案する。時間前後性とは、量子状態の形成や干渉過程において、通常の因果的記述に加え、時間の前後に対応する自由度が現象に寄与する可能性を指す。 具体的には、二光路干渉計やHong-Ou-Mandel (HOM) 干渉計において、ビームスプリッター等の光路選択機構を高速(切替周波数 f)に切り替え、干渉可視度 V(f) やHOM dipの変化を測定する手法を示す。標準量子力学の予測(VSQM)と時間前後性モデルの予測(VFB)を比較し、特徴的時間スケール Δt に対応する周波数領域において生じ得る異常な周波数依存性を検証する枠組みを提示する。 本研究の目的は時間前後性の存在を事前に主張することではなく、時間の構造に関する新しい仮説を反証可能な物理モデルとして評価・検証することにある。

•Sep 17, 2026•0 citations

ダイヤモンド中の単一の鉛－空孔センターを用いた二光子干渉実験

太田英岐, 平井紅陽, 陳溢暘 +7 more

現在、原理的に盗聴が不可能とされる量子通信の研究が進められている[1]。 量子通信では主に、光子などの量子状態を量子もつれを用いて伝送するという 手法をとり[2]、その光源としてダイヤモンド中のⅣ族元素と空孔の欠陥構造で あるⅣ族－空孔センターが注目されている。その中でも鉛－空孔(PbV)センター は 10 K 以上でフーリエ限界線幅が得られ[3]、9 K 程度でミリ秒のスピンコヒー レンス時間が期待できる[4]。量子もつれの生成に用いる光子は区別不可能と呼 ばれる波長・線幅・偏光の一致した光子である必要があり、量子通信の実現にお いて重要な要素となる。区別不可能性の検証実験として Hong-Ou-Mandel(HOM) 干渉実験があるが、これまで PbV センターを用いて確認された例はない。そこ で本実験では、最初の段階としてひとつの PbV センターを用いての HOM 干渉 実験を行い、その区別不可能性を実証した。

•Nov 14, 2025•0 citations

基于锁模激光不同时刻脉冲对间双光子干涉的介质色散测量

雷宇航 Yu-hang LEI, 赵雯 Wen ZHAO, 崔亮 Liang CUI +1 more

Hong-Ou-Mandel干涉指不可区分的两个光子分别从两个输入口入射进光学分束器后，倾向于从光学分束器同一输出口出射的现象，在量子信息领域具有广泛应用。作为一种双光子干涉现象，Hong-Ou-Mandel干涉可见度取决于两个入射光场的模式不可区分性，即两者在不同自由度下的模式匹配程度。对于独立脉冲光场的Hong-Ou-Mandel干涉，入射场时间模式的匹配程度是决定干涉图样的关键因素。由此，以锁模激光为光源，以不等臂Mach-Zehnder干涉仪为主要结构的双光子干涉装置可以通过测量干涉图样反映两臂光场的时间模式信息，例如线性啁啾和脉宽，从而实现对光学介质色散的测量。通常，Hong-Ou-Mandel干涉图样需要由两个探测器同步测量的符合计数描绘；本文基于锁模脉冲序列的相干性，提出了一种从单个探测器不同时刻的光子计数事件中统计符合计数，获得干涉图样的方案，该方案涉及两对脉冲间的双光子干涉。实验结果表明，新方案测得的干涉图样可以与实际的Hong-Ou-Mandel干涉图样互补，能用于色散测量等应用。该方法有助于实验装置的简化，对提高装置可靠性具有重要意义。

Acta Sinica Quantum Optica•Jan 1, 2024•0 citations

Proposal for Quantum Optics Experiments Toward Experimental Verification of Temporal Bidirectionality: Verification Using High-Speed Beam Splitter Switching and Hong-Ou-Mandel Interference / 時間前後性の実験的検証に向けた量子光学実験の提案 - 高速ビームスプリッター切替とHong-Ou-Mandel干渉を用いた検証 -

Tsunehisa Chiba

[English] This paper formulates the hypothesis of "temporal bidirectionality" in quantum phenomena and proposes an experimental scheme for its verification using quantum optics. Here, temporal bidirectionality refers to the possibility that temporal degrees of freedom corresponding to both before and after a process contribute to quantum state formation and interference. Specifically, we propose an experimental setup using Mach-Zehnder and Hong-Ou-Mandel (HOM) interferometers with high-speed optical path switching at frequency f. By introducing a characteristic time scale Δt, we establish a framework to compare standard quantum mechanical predictions against temporal bidirectionality models based on the frequency dependence of interference visibility V(f) and HOM dip parameters. The primary objective of this study is not to assert the existence of temporal bidirectionality a priori, but to translate a novel hypothesis on the structure of time into a falsifiable quantum optical test. [日本語] 本論文では、量子現象における「時間前後性 (temporal bidirectionality)」という仮説を定式化し、量子光学を用いた実験的検証方法を提案する。時間前後性とは、量子状態の形成や干渉過程において、通常の因果的記述に加え、時間の前後に対応する自由度が現象に寄与する可能性を指す。 具体的には、二光路干渉計やHong-Ou-Mandel (HOM) 干渉計において、ビームスプリッター等の光路選択機構を高速(切替周波数 f)に切り替え、干渉可視度 V(f) やHOM dipの変化を測定する手法を示す。標準量子力学の予測(VSQM)と時間前後性モデルの予測(VFB)を比較し、特徴的時間スケール Δt に対応する周波数領域において生じ得る異常な周波数依存性を検証する枠組みを提示する。 本研究の目的は時間前後性の存在を事前に主張することではなく、時間の構造に関する新しい仮説を反証可能な物理モデルとして評価・検証することにある。

•Aug 28, 2026•0 citations

Proposal for Quantum Optics Experiments Toward Experimental Verification of Temporal Bidirectionality: Verification Using High-Speed Beam Splitter Switching and Hong-Ou-Mandel Interference / 時間前後性の実験的検証に向けた量子光学実験の提案 - 高速ビームスプリッター切替とHong-Ou-Mandel干渉を用いた検証 -

恒久 千葉

説明 (Description): [English] This paper formulates the hypothesis of "temporal bidirectionality" in quantum phenomena and proposes an experimental scheme for its verification using quantum optics. Here, temporal bidirectionality refers to the possibility that temporal degrees of freedom corresponding to both before and after a process contribute to quantum state formation and interference. Specifically, we propose an experimental setup using Mach-Zehnder and Hong-Ou-Mandel (HOM) interferometers with high-speed optical path switching at frequency f. By introducing a characteristic time scale Δt, we establish a framework to compare standard quantum mechanical predictions against temporal bidirectionality models based on the frequency dependence of interference visibility V(f) and HOM dip parameters. The primary objective of this study is not to assert the existence of temporal bidirectionality a priori, but to translate a novel hypothesis on the structure of time into a falsifiable quantum optical test. [日本語] 本論文では、量子現象における「時間前後性 (temporal bidirectionality)」という仮説を定式化し、量子光学を用いた実験的検証方法を提案する。時間前後性とは、量子状態の形成や干渉過程において、通常の因果的記述に加え、時間の前後に対応する自由度が現象に寄与する可能性を指す。 具体的には、二光路干渉計やHong-Ou-Mandel (HOM) 干渉計において、ビームスプリッター等の光路選択機構を高速(切替周波数 f)に切り替え、干渉可視度 V(f) やHOM dipの変化を測定する手法を示す。標準量子力学の予測(VSQM)と時間前後性モデルの予測(VFB)を比較し、特徴的時間スケール Δt に対応する周波数領域において生じ得る異常な周波数依存性を検証する枠組みを提示する。 本研究の目的は時間前後性の存在を事前に主張することではなく、時間の構造に関する新しい仮説を反証可能な物理モデルとして評価・検証することにある。

•Aug 24, 2026•0 citations

霧箱観測による結果判定の問題点(原典)

masaru morimoto

霧箱観測は荷電した何らかの物体が媒質をイオン化した際に生じる軌跡を可視化する装置として広く利用されてきた。しかし、霧箱に形成される軌跡が直ちに「粒子の通過」を意味するとする前提には、実験的厳密性の観点から再検討の余地がある。 霧箱はイオン化反応に対して応答する装置であり、反応を引き起こす主体が粒子であるか、あるいは別種の電荷を帯びた波動的・場的影響であるかを区別する機能を持たない。したがって、霧箱に軌跡が観測されたとしても、それを粒子の存在証拠と断定することは論理的に飛躍を含む。 この懐疑を解消するためには、追加実験として電磁波などの非粒子的電荷影響を霧箱に照射し、同様の反応が生じるかを検証することが有効である。本研究は、霧箱観測に基づく結果判定の妥当性について、実験装置の原理に立ち返り再評価する必要性を指摘する。

•Sep 11, 2026•0 citations
誤り耐性型量子コンピューターの実現には 数百万量子ビットが必要であるが、超伝導量 子コンピューターの場合、マイクロ波配線か らの熱流入と空間的制約によ り、一つの冷凍機に収容できる量子ビッ ト数が制限される。 この解決策として、我々はダイヤモンド色中 心を用いた量子トランスデューサーによる冷 凍機間の光接続に注目している。光接続は、量子トランスデューサーにより マイク口波光子を通信用光子へ変換した上 で、光子干渉を用いてノード間で量子もつれ 生成を行うことで実現される。 したがって、 変換された光子は不可弁別である必要があ り、これはHong-Ou-Mandel(HOM)干渉によ り確かめることが可能である。本講演では、右図に示した2種類のダイヤ モンド色中心による HOM干渉の報告と、量 子計算への応用を見据えた周波数エラー等に よる物理量子チャネルとしての忠実度劣化に ついて詳細議論を行う。
タイトル (Title): Proposal for Quantum Optics Experiments Toward Experimental Verification of Temporal Bidirectionality: Verification Using High-Speed Beam Splitter Switching and Hong-Ou-Mandel Interference / 時間前後性の実験的検証に向けた量子光学実験の提案 - 高速ビームスプリッター切替とHong-Ou-Mandel干渉を用いた検証 - 説明 (Description): [English] This paper formulates the hypothesis of "temporal bidirectionality" in quantum phenomena and proposes an experimental scheme for its verification using quantum optics. Here, temporal bidirectionality refers to the possibility that temporal degrees of freedom corresponding to both before and after a process contribute to quantum state formation and interference. Specifically, we propose an experimental setup using Mach-Zehnder and Hong-Ou-Mandel (HOM) interferometers with high-speed optical path switching at frequency f. By introducing a characteristic time scale Δt, we establish a framework to compare standard quantum mechanical predictions against temporal bidirectionality models based on the frequency dependence of interference visibility V(f) and HOM dip parameters. The primary objective of this study is not to assert the existence of temporal bidirectionality a priori, but to translate a novel hypothesis on the structure of time into a falsifiable quantum optical test. [日本語] 本論文では、量子現象における「時間前後性 (temporal bidirectionality)」という仮説を定式化し、量子光学を用いた実験的検証方法を提案する。時間前後性とは、量子状態の形成や干渉過程において、通常の因果的記述に加え、時間の前後に対応する自由度が現象に寄与する可能性を指す。 具体的には、二光路干渉計やHong-Ou-Mandel (HOM) 干渉計において、ビームスプリッター等の光路選択機構を高速(切替周波数 f)に切り替え、干渉可視度 V(f) やHOM dipの変化を測定する手法を示す。標準量子力学の予測(VSQM)と時間前後性モデルの予測(VFB)を比較し、特徴的時間スケール Δt に対応する周波数領域において生じ得る異常な周波数依存性を検証する枠組みを提示する。 本研究の目的は時間前後性の存在を事前に主張することではなく、時間の構造に関する新しい仮説を反証可能な物理モデルとして評価・検証することにある。
現在、原理的に盗聴が不可能とされる量子通信の研究が進められている[1]。 量子通信では主に、光子などの量子状態を量子もつれを用いて伝送するという 手法をとり[2]、その光源としてダイヤモンド中のⅣ族元素と空孔の欠陥構造で あるⅣ族－空孔センターが注目されている。その中でも鉛－空孔(PbV)センター は 10 K 以上でフーリエ限界線幅が得られ[3]、9 K 程度でミリ秒のスピンコヒー レンス時間が期待できる[4]。量子もつれの生成に用いる光子は区別不可能と呼 ばれる波長・線幅・偏光の一致した光子である必要があり、量子通信の実現にお いて重要な要素となる。区別不可能性の検証実験として Hong-Ou-Mandel(HOM) 干渉実験があるが、これまで PbV センターを用いて確認された例はない。そこ で本実験では、最初の段階としてひとつの PbV センターを用いての HOM 干渉 実験を行い、その区別不可能性を実証した。
Hong-Ou-Mandel干涉指不可区分的两个光子分别从两个输入口入射进光学分束器后，倾向于从光学分束器同一输出口出射的现象，在量子信息领域具有广泛应用。作为一种双光子干涉现象，Hong-Ou-Mandel干涉可见度取决于两个入射光场的模式不可区分性，即两者在不同自由度下的模式匹配程度。对于独立脉冲光场的Hong-Ou-Mandel干涉，入射场时间模式的匹配程度是决定干涉图样的关键因素。由此，以锁模激光为光源，以不等臂Mach-Zehnder干涉仪为主要结构的双光子干涉装置可以通过测量干涉图样反映两臂光场的时间模式信息，例如线性啁啾和脉宽，从而实现对光学介质色散的测量。通常，Hong-Ou-Mandel干涉图样需要由两个探测器同步测量的符合计数描绘；本文基于锁模脉冲序列的相干性，提出了一种从单个探测器不同时刻的光子计数事件中统计符合计数，获得干涉图样的方案，该方案涉及两对脉冲间的双光子干涉。实验结果表明，新方案测得的干涉图样可以与实际的Hong-Ou-Mandel干涉图样互补，能用于色散测量等应用。该方法有助于实验装置的简化，对提高装置可靠性具有重要意义。
[English] This paper formulates the hypothesis of "temporal bidirectionality" in quantum phenomena and proposes an experimental scheme for its verification using quantum optics. Here, temporal bidirectionality refers to the possibility that temporal degrees of freedom corresponding to both before and after a process contribute to quantum state formation and interference. Specifically, we propose an experimental setup using Mach-Zehnder and Hong-Ou-Mandel (HOM) interferometers with high-speed optical path switching at frequency f. By introducing a characteristic time scale Δt, we establish a framework to compare standard quantum mechanical predictions against temporal bidirectionality models based on the frequency dependence of interference visibility V(f) and HOM dip parameters. The primary objective of this study is not to assert the existence of temporal bidirectionality a priori, but to translate a novel hypothesis on the structure of time into a falsifiable quantum optical test. [日本語] 本論文では、量子現象における「時間前後性 (temporal bidirectionality)」という仮説を定式化し、量子光学を用いた実験的検証方法を提案する。時間前後性とは、量子状態の形成や干渉過程において、通常の因果的記述に加え、時間の前後に対応する自由度が現象に寄与する可能性を指す。 具体的には、二光路干渉計やHong-Ou-Mandel (HOM) 干渉計において、ビームスプリッター等の光路選択機構を高速(切替周波数 f)に切り替え、干渉可視度 V(f) やHOM dipの変化を測定する手法を示す。標準量子力学の予測(VSQM)と時間前後性モデルの予測(VFB)を比較し、特徴的時間スケール Δt に対応する周波数領域において生じ得る異常な周波数依存性を検証する枠組みを提示する。 本研究の目的は時間前後性の存在を事前に主張することではなく、時間の構造に関する新しい仮説を反証可能な物理モデルとして評価・検証することにある。
説明 (Description): [English] This paper formulates the hypothesis of "temporal bidirectionality" in quantum phenomena and proposes an experimental scheme for its verification using quantum optics. Here, temporal bidirectionality refers to the possibility that temporal degrees of freedom corresponding to both before and after a process contribute to quantum state formation and interference. Specifically, we propose an experimental setup using Mach-Zehnder and Hong-Ou-Mandel (HOM) interferometers with high-speed optical path switching at frequency f. By introducing a characteristic time scale Δt, we establish a framework to compare standard quantum mechanical predictions against temporal bidirectionality models based on the frequency dependence of interference visibility V(f) and HOM dip parameters. The primary objective of this study is not to assert the existence of temporal bidirectionality a priori, but to translate a novel hypothesis on the structure of time into a falsifiable quantum optical test. [日本語] 本論文では、量子現象における「時間前後性 (temporal bidirectionality)」という仮説を定式化し、量子光学を用いた実験的検証方法を提案する。時間前後性とは、量子状態の形成や干渉過程において、通常の因果的記述に加え、時間の前後に対応する自由度が現象に寄与する可能性を指す。 具体的には、二光路干渉計やHong-Ou-Mandel (HOM) 干渉計において、ビームスプリッター等の光路選択機構を高速(切替周波数 f)に切り替え、干渉可視度 V(f) やHOM dipの変化を測定する手法を示す。標準量子力学の予測(VSQM)と時間前後性モデルの予測(VFB)を比較し、特徴的時間スケール Δt に対応する周波数領域において生じ得る異常な周波数依存性を検証する枠組みを提示する。 本研究の目的は時間前後性の存在を事前に主張することではなく、時間の構造に関する新しい仮説を反証可能な物理モデルとして評価・検証することにある。
霧箱観測は荷電した何らかの物体が媒質をイオン化した際に生じる軌跡を可視化する装置として広く利用されてきた。しかし、霧箱に形成される軌跡が直ちに「粒子の通過」を意味するとする前提には、実験的厳密性の観点から再検討の余地がある。 霧箱はイオン化反応に対して応答する装置であり、反応を引き起こす主体が粒子であるか、あるいは別種の電荷を帯びた波動的・場的影響であるかを区別する機能を持たない。したがって、霧箱に軌跡が観測されたとしても、それを粒子の存在証拠と断定することは論理的に飛躍を含む。 この懐疑を解消するためには、追加実験として電磁波などの非粒子的電荷影響を霧箱に照射し、同様の反応が生じるかを検証することが有効である。本研究は、霧箱観測に基づく結果判定の妥当性について、実験装置の原理に立ち返り再評価する必要性を指摘する。