数100THzのキャリア周波数を持つ光量子情報処理システムは、情報の読み出しを行うホモダイン測定器によって帯域がわずか数100MHzに律速されてました。そこに5G通信技術を用いることにより数10GHz帯域のホモダイン測定器を実現いたしました。それでも効率が低く、強度損失に脆弱な量子光への応用は困難です。量子光に光位相敏感増幅を補助的に用いて、ロス耐性を向上させ、5Gホモダイン測定器を用いて70 GHz帯域までの量子もつれ状態の生成と検証を行ないました。また6 THzの光源、6 THzの位相敏感増幅器、66 GHzのホモダイン測定器で、生成レート0.9 MHzで波束幅が1ns以下の状態の生成を行いました。この生成レートは、用いた超伝導光子検出器のタイミングジッタが大きな律速であって、系の66GHzの帯域がなおも1GHzに制限されているためです。
超伝導ナノストリップ型光子検出器(SNSPD)は高い検出効率を有し、高速動作可能な光子検出器であり、この超伝導ナノストリップ型光子数識別器を使用し非ガウス型量子状態の生成に成功しました。超伝導検出器の性能による制約を取り除ければ、GHz帯、あるいはTHz帯域の状態生成はOPAによって実現できることがわかりました。
本手法を初めて量子トモグラフィに応用し、シュレディンガーの猫状態の生成を行いました。古典的な状態であるコヒーレント状態の重ね合わせ(シュレディンガーの猫状態)の近似状態が生成されたのです。さらにパルス光のスクイーズド真空場の時間-周波数モードの性質を理論的に解析し、低光学損失のパラメトリック増幅器、超伝導転移端センサの4光子測定、位相ロックシステムを用いて、世界初の4光子引き去りによる非ガウス型状態生成の実験に成功しました。生成された量子状態は1GHzの帯域を有しており、従来の非古典的量子状態生成の約100倍の広帯域化に成功しています。
誤り耐性型量子計算を実現する有望な手段は、光進行波中にGKP量子ビットを生成することです。光子数測定を利用して光GKP量子ビットの生成を世界で初めて実証した結果を図に示します。図中のピーク構造すなわちピークの数および鋭さがGKP状態の質を特徴づけるものです。同じ方法を反復することでピークの数が増えて、質の高いGKP状態を実現できると期待されます。