Research Abstract


Wide-band quantum interface for visible-to-telecommunication wavelength conversion

2011年11月15日 Nature Communications 2 : 537 doi: 10.1038/ncomms1544

長距離量子通信には通信波長域の近赤外光子が必要であるが、過去20年の間さまざまな量子情報処理は可視域の光子を用いて行われてきた。近年研究が盛んな、原子を用いた量子メモリーなどのさまざまなメディアから放出される光子も可視域である。したがって、この波長のギャップを埋めるために、量子状態を保持しつつ可視域から通信波長域へ光周波数下方変換を行うことが必要となる。今回我々は、非線形光学結晶を用いて可視域から通信波長域への周波数下方変換を行う量子インターフェースを実証したことを報告する。このインターフェースは広帯域で使用できる可能性があり、したがって高速な周波数変換インターフェースとなり得る。我々は、780 nmのピコ秒可視域光子から1,522 nmの光子への周波数変換を実現し、この変換プロセスが周波数変換された光子ともう1つの光子の間のエンタングルメントを保持していることを観測した。

生田 力三1, 日下 良章1, 北野 剛史1, 加藤 大織1, 山本 俊1, 小芦 雅斗2 & 井元 信之1

  1. 大阪大学 大学院基礎工学研究科
  2. 東京大学 工学系研究科 光量子科学研究センター
Although near-infrared photons in telecommunication bands are required for long-distance quantum communication, various quantum information tasks have been performed by using visible photons for the past two decades. Recently, such visible photons from diverse media including atomic quantum memories have also been studied. Optical frequency downconversion from visible to telecommunication bands while keeping the quantum states is thus required for bridging such wavelength gaps. Here we report demonstration of a quantum interface of frequency down-conversion from visible to telecommunication bands by using a nonlinear crystal, which has a potential to work over wide bandwidths, leading to a highspeed interface of frequency conversion. We achieved the conversion of a picosecond visible photon at 780 nm to a 1,522-nm photon, and observed that the conversion process retained entanglement between the down-converted photon and another photon.