共振器に閉じ込められた光と原子が相互作用している系についての研究領域をキャビティQED( Quantum Electrodynamics )といいます。
一般にこの系は(1)光と原子のコヒーレントな相互作用 g (2)原子の緩和 (3)光の緩和 という3つのパラメータで記述されます。光を閉じ込める共振器として、閉じ込め効果が強く、かつモード体積の小さな高フィネス微小共振器を用いることで、光と原子のコヒーレントな相互作用が系の緩和に対して支配的な条件(強結合条件: g >> , )を実現することができます。
このような系では、単一原子が単一光子レベルの入力光に対して大きな非線形性と非古典統計性をもたらす一方で、単一光子レベルの光が単一原子の量子状態に大きな影響を及ぼすため、通常の系では様々な緩和過程に阻まれて作ることのできないような量子力学的(非古典的)な状態を生成することができ、また、特異な現象を観測することができます。
そのため、単一光子源や巨視的重ね合わせ状態の生成といった非古典的な光の量子状態生成、光子を用いたスケーラブルな量子論理デバイス、光を介した量子ネットワークなどの量子情報技術、超低閾値で動作する非線形光デバイス、また単一原子・分子検出などへの応用が期待されています。
本研究では、従来型のファブリー・ペロー共振器、および次世代キャビティQEDの共振器として期待される微小トロイド共振器を用い、共振器と単一原子の強結合系を構築します。
さらに、この系を用いて、共振器モード内の単一原子の量子状態をコヒーレントに制御し、非古典的な光の量子状態を生成・制御する技術の確立を目指します。
また、そのような技術をもとに、光を用いた量子情報技術への応用の可能性を探ります。
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