量子コンピュータの演算基本回路を固体素子で初めて実現

C. R. モンロー, R. J. ショルコフ, M. D. ルーキン

Tamás Sarkadi, Csaba Tamás Holló, Gábor Erdei +3 more

A kvantumoptika a fotonika gyorsan növekvő ága, amely a kvantumszámítások, a telekommunikáció, valamint titkosító kulcsok megosztására alkalmas eszközök és módszerek megvalósítását célozza.[1] A kvantumoptikai távközlő rendszerek egyik legfontosabb eleme a fényforrás, amely összefonódott fotonpárokat bocsát ki.[2] Az alkalmazott fotonpárok leggyakrabban energia-idő összefonódással, vagy polarizációban megvalósuló összefonódással rendelkeznek.Munkánk célja, hogy polarizációban összefonódott, 810 nm hullámhosszú fotonpárokat előállító forrásokat fejlesszünk, melyek szabadtéri kvantumoptikai távközlő és kulcsmegosztó rendszerekben hatékonyan alkalmazhatóak.Célunk, hogy robosztus, hordozható, és az alkalmazás számára elegendő fotonfluxust előállító forrást hozzunk létre.Az összefonódott fotonpárok előállítására leggyakrabban a spontán parametrikus lekonverzió (SPDC) jelenségét használják fel, mely nemlineáris optikai kristályokban zajlik le.A pumpálásra használt fény fotonja alakul át egy fotonpárrá, melynek összenergiája a pumpafoton energiájával egyezik meg.A kristály anyaga leggyakrabban béta bárium borát (BBO), vagy periodikusan polarizált kálium titanil foszfát (ppKTP) [3] Ez utóbbi használatakor a kristály hőmérsékletét stabilizálni kell.Ennek elkerülése érdekében a jelenlegi munkánk során BBO kristályt használtunk.A BBO kristályok két típusával foglalkoztunk.Az I. típusú BBO kristályt extraordinárius polarizációjú pumpafénnyel kell gerjeszteni, a lekonvertált fotonok ordinárusak, és jellemzően egy kúppalást mentén detektálhatóak nagy valószínűséggel.A II. típusú kristályból kilépő lekonvertált fotonpárok egyike ordinárius, másika extraordinárius polarizációjú.A kristályt elhagyó fotonok két egymást metsző kúppalást mentén terjednek.A kúpok két közös alkotójában a detektálható fotonok polarizációban összefonódottak és Bell-állapotban vannak [4], ami jól használható titkosító kulcsok megosztására.Jelen cikkünkben bemutatjuk, milyen körülmények között használható a II.típusú BBO kristály Bell-állapotú, polarizációban összefonódott fotonok előállítására.Bemutatjuk fáziskompenzáló módszerünket, mellyel az összefonódottság bázisfüggetlen láthatósága javítható.Bemutatjuk a fáziskompenzált fényforráson elvégzett Bell-teszt eredményeit.Beszámolunk továbbá egy I. típusú kristállyal működő kompakt fotonpár forrás fejlesztésében elért eredményeinkről is.

哲夫 小寺, Tetsuo Kodera

Z. Kis, Петер Адам, A. Karpati +2 more

Kiterjesztettük a STIRAP eljárást impulzusmomentum-állapotokból álló sokszintes degenerált kvantumrendszerekre, továbbá eljárást dolgoztunk ki állapotuk rekonstruálására. Alapvető kvantumkapu műveleteket implementáltunk a STIRAP módszer felhasználásával félvezető nanostruktúrákban. Disszipatív rendszerekben alkalmazható robusztus eljárást mutattunk be tetszőleges kevert állapot előállítására, mely kvantumbitek preparálására is használható. A kvantumtrajektória megközelítést felhasználva hatékony módszereket dolgoztunk ki az időfejlesztő operátor valamint kétidős korrelációs függvények meghatározására. Módszert javasoltunk fény nemlineáris frekvenciakonverziójára fáziskoherens közegekben. Bebizonyítottuk, hogy a fáziskoherens közegben modellezett hullámkatasztrófákra jellemző logaritmikus fázisszingularitásnál a fáziskitevő valós része egész vagy félegész szám. Megmutattuk, hogy Bose-Einstein kondenzátumban kvázi-egydimenziós áramlásnál az analóg Hawking-sugárzás hőmérséklete csak a csapdázó potenciáltól függhet. Összefonódott állapot létrehozására alkalmas algoritmust fejlesztettünk ki a STIRAP módszer alkalmazásával. Eljárást dolgoztunk ki összefonódott kvantumállapotok preparálására spin-láncokban. Numerikus optimalizációt végeztünk a végesen korrelált állapotok körében a végtelen, transzlációinvariáns spin-láncban a legközelebbi szomszéd összefonódottság maximumának meghatározására. | We have extended the STIRAP (Stimulated Raman Adiabatic Passage) method to degenerate systems consisting of angular momentum states. Moreover, we have developed a reconstruction scheme to retrieve their quantum state. We have applied our quantum state control schemes to nanostructures for implementing basic quantum logic gates. We have developed a robust method to prepare pure and mixed states in dissipative systems. We have developed efficient methods using the quantum trajectory approach for numerically determining two-time correlation functions and the time-evolution operator in open quantum systems. We have developed a method for efficient nonlinear frequency conversion in phase coherent media. We have proved that by logarithmic phase singularities, modeled in phase coherent media, at wave catastrophes the wave amplitude grows with a half-integer power. In a quasi one dimensional flow of Bose-Einstein condensed atoms the Hawking temperature is entirely determined by the curvature of the trapping potential. We have developed a method based on the STIRAP scheme for creating entangled states in compound systems. We have proposed a scheme to create entangled states in spin-chains. We have performed a numerical optimization to determine the maximum nearest neighbor entanglement in a translationally invariant infinite qubit chain based on finitely correlated states.

Masanao Ozawa, 治道 西村

英晴 天野