吉川 純一 先生（東京大学 古澤研究室）

「連続量量子テレポーテーション」

【講演要旨】

古澤研究室では、光パラメトリック下方変換による光子対生成を用いて、様々な量子光学実験を行っている。最近では、連続量の量子テレポーテーションによって、光子に乗せた量子ビットの情報を転送するという実験に成功している。本講演は、量子光学の基礎的な説明から、なるべく実験系と関連付けて話し、最終的に連続量の量子テレポーテーションを理解してもらうことを目標とする。また、古澤研究室の最近の研究内容について解説する。そのうちのいくつかは、広義で量子テレポーテーションの応用になっている。

藤田 高史・米田 淳 先生（東京大学 樽茶・大岩研究室）

「量子状態操作の高速化と光子-電子スピン変換実現に向けた半導体量子ドットの物理と応用の研究」

【講演要旨】

半導体量子ドット電子スピン系はその長いコヒーレンス時間と高い制御性から、固体系量子情報処理の実現に向けた応用が期待されている。この系では、限られたコヒーレンス時間内に高い忠実度で量子計算を行うために、スピン操作時間を短縮する技術が求められている。一方で、大域的な量子ネットワークの構築のためには、量子ビットを一旦外界との相互作用の少ない光子の形で伝送することが望ましく、単一量子レベルで動作する光子－電子スピン変換素子が必要とされている。量子情報処理実現に向けたこれらの取り組みについて、半導体横型量子ドット中の電子スピン系の基礎からはじめて現在の実験状況までをご紹介する。

清水 薫 先生（NTT物性科学基礎研究所）

「NTTにおける量子光情報処理の研究の紹介と展望」

【講演要旨】

量子光制御研究グループでは、光と物質の量子力学的な性質を制御し、近未来の情報通信処理のための新しい手法を開拓すべく、光と物質の相互作用に関する物理から光の量子性を活用した通信応用に至るまで広い範囲の研究を行っています。今回はその活動の一端を簡単に紹介したいと思います。

齋藤 志郎 先生（NTT物性科学基礎研究所）

「超伝導回路を用いた量子情報処理」

【講演要旨】

超伝導量子ビットは、人工原子であるが故の制御性の良さ、および超伝導回路の設計自由度の広さによる拡張性が注目されている。これまでに、複数量子ビットを用いた量子演算や量子状態制御が実現されている。一方、最近では、量子ビットの特性向上あるいは新たな機能追加を目指し、異なる物理系との複合化が盛んに研究されている。本講演では、NTT物性研で取り組んでいる、電子スピン集団との複合化による量子メモリの開発と、非線形共振器との複合化による量子非破壊測定の研究を紹介する。

行方 直人 先生（日本大学 量子光学研究室 助手）

「光子検出技術と量子情報分野への応用」

【講演要旨】

概要：光子検出器は光量子情報分野において最も重要な技術である。ここ10年余りで単一光子検出技術は劇的な進歩を遂げ、その性能は都市圏サイズの量子鍵配送システムへの応用が可能なレベルまで到達している。また、近年においては、光子数識別能を有する高効率光子検出器も開発され、多光子を扱う実験へ応用されはじめている。本講演では、光子検出技術に関して概観し、その量子情報、量子光学実験への応用展開に関して紹介する。

東 浩司 先生（NTT物性科学基礎研究所）

「コヒーレント状態量子もつれに対する最適変換」

【講演要旨】

概要：量子通信を行うためには、遠く離れた二者間で量子もつれを共有する、あるいは共有する能力を担保することが基本である。通常、これらの「量子もつれ共有」は光パルス伝送によって行われ、中でもコヒーレント状態にある光伝送に基づく量子通信は古くから知られた基本的な量子もつれ共有の一つである。本発表では、このような量子通信の基本的考え方から始め、最終的にコヒーレント状態伝送によって生成される量子もつれの「価値」を明らかにする。具体的には、コヒーレント状態伝送によって共有された量子もつれを、リスクを負って、より強い量子もつれに変換するあらゆる操作に対する理論限界を与え、さらにはその理論限界を達成する一つの方式を提示する。

中ノ 勇人 先生（NTT物性科学基礎研究所）

「『量子ビットの状態を検出器で測定する』過程の量子ダイナミクス」

【講演要旨】

量子ビットの状態測定は単純な射影量子測定の実例である。多くの場合，検出器を量子ビットと相互作用させて検出器の状態を測定し、その結果から量子ビットが射影された状態を「推測」するのが現実の測定である。我々は、実際に行なっている、超伝導量子ビットをSQUIDを検出器として測定する実験について、量子ビットと検出器の合成系の時間発展を計算し、測定過程において何か起こっているのかを解析した。その際に、量子ビットと検出器の間の量子相互情報量あるいは古典相互情報量がどのように成長していくかも定量的に議論する。

石黒 亮輔 先生（東京理科大学 高柳研究室 助教）

「超伝導接合系における物理とその可能性(高柳研究室研究紹介)」

【講演要旨】

高柳研究室では微細加工により様々な超伝導接合を作製し、その応用可能性を探りながら研究を行っている。現在、超伝導半導体接合、超伝導量子ドット接合、超伝導グラフェン接合、S波超伝導カイラルP波超伝導接合やこれらを用いたSQUIDなどが主な研究対象になっており、それぞれについて量子情報への展開可能性を交えながら紹介する。

根本 香絵 先生（国立情報学研究所 教授）

「スケーラブルな量子情報素子の実現化」

【講演要旨】

実験室ではさまざまな物理系を用いて量子的な制御が可能になり、数量子ビットでのゲート操作が可能になってきました。この9月にはイオントラップで６つの量子ビットを100ゲートまで動作するという画期的なレポートがありました。将来の量子情報素子はこの延長上にあるのでしょうか。理論的な視点から、将来性のある拡張性の高い量子素子の構成方法と、その量子情報システムのあり方について、最新の研究成果をご紹介します。

木村 元 先生（芝浦工業大学 助教）

「量子力学の物理原理を求めて」

【講演要旨】

本講義では、量子力学の未解決問題の一つである「物理探究」について解説する。周知のとおり、量子力学は物理的にも数学的にも完成された学問である。その一方で、量子力学ほど直感的に理解した気になれない学問も珍しい。その一つの理由は、量子力学の理論体系が、それ自体物理的（あるいは操作的）意味を持たない数学（例えば、Hilbert空間と線形作用素論）によって表現されていることが挙げられる。量子力学が、抽象的な数学ではなく（実験で確認可能な）物理原理から説明できたとすると、より量子的現象を把握する直感が働くことが期待される。この問題は、量子力学の生誕以来古くから幾度となく問われてきたが、昨今の量子情報科学の発展に呼応して、再び世界的に注目を集めている。本講義では、量子力学を操作的な確率モデルの一種だと捉え、その物理原理を探求する試みを紹介する。

鹿野 豊（東京工業大学 宇宙物理学理論研究室）

「Theory of Weak Valueの歴史と現状、そして未来へ」

【概要】

Yakir Aharonovとその仲間らによって考え出されたWeak Valueという概念は歴史的な名前の由来はWeak Measurementという概念からつけられた。何故、このような変な量を導入しようと考えたのかという歴史的経緯をお話し、現状、Weak Valueを使うと何が分かるのか？ということを紹介する。そして、Weak Valueと呼ばれる量を独立で扱い、量子力学の再公理化しようとする将来の試みをお話したいと思う。

清水 亮介（電気通信大学 先端領域研究センター）

「周波数量子もつれ状態の生成と制御」

【概要】

超短パルス光を用いた従来の光計測技術では光の古典的波動としての性質をほぼ完全に制御し、計測を行うことが出来つつある。しかし、光の量子性に起因した自由度の制御はほとんどなされていない。そこで、光の非古典的性質の一つである「量子もつれ」を量子情報処理技術だけでなく、光計測技術へ応用することを目指し、制御された周波数量子もつれ光源の開発を行ってきた。講演では擬似位相整合素子を用いた周波数量子もつれ状態の制御方法と作製した周波数量子もつれ光源の特徴について議論する。

田島 裕康（東京大学 羽田野研究室）

「3-qubit純粋状態のLOCC変換」

【概要】

3-qubit 純粋状態|ø〉から|&phi'〉への成功確率1のLOCC変換が可能であるための必要十分条件を与える[1]。これはNielsenが1999年に2者に対して行った研究[2]の拡張になっている。私の条件は2者間のもつれ量jAB, jAC, jBCと3者間のもつれ量jABC, J5, そして今回新たに定義されたJcの6つのエンタングルメント指標の変換式として与えられる。これによって、3-qubit純粋状態のもつれ量の移動と散逸が成功確率1のLOCC変換によってどのように起こるかを完全に解明した。jAB, jAC, jBC, JABC, J5の5つは連続量だが、Jcは-1,0,1の3種類のとびとびの値をとる。さらにJcは成功確率1のLOCC変換に対して不変であり、複素共役変換で正負が反転する。こうした性質から、Jcは「エンタングルメントの電荷」と解釈する事ができる。さらに、3-qubit純粋状態においては、成功確率1のLOCC変換は、それがもし可能であるならば、観測結果を局所ユニタリ変換で一意にできるような一般測定を3回、任意の順番でqubit A, B, Cに施すことで再現できる事も示された。これはHorodeckiらが1998年に2者に対して行った研究[3]の拡張になっている。

• [1] H.Tajima, arXiv:1012.1676
• [2] M. A. Nielsen, Phys. Rev. Lett. 83, 436 (1999)
• [3] M. Horodecki, P. Horodecki, and R. Horodecki, Phys. Rev. Lett. 80, 5239 (1998).

松田 信幸（NTT物性科学基礎研究所）

「結合共振器光導波路における非線形光学」

【概要】

TBA

吉田 雅一（中央大学 今井秀樹研究室 D1）

「Mean King Problemと量子誤り訂正符号」

【概要】

本研究では、量子推定問題の一つであるMean King Problemを、量子誤り訂正符号の観点から捉え、その一般的解法を示す。Mean King Problemは、その名前が示唆するように、意地悪な王様による物語形式で説明されることが多い。登場人物の一人であるAliceは、（任意に）量子状態の準備を行うことができるが、King はその量子系に特別な測定を行う。続いて、Aliceはその量子系に対する操作を一度だけ許されるが、Kingが測定種類を明かした後に直ちに測定結果を当てなくてはならない。本研究では，King の測定を量子状態に加わる 「誤り」とみなすこと、Aliceの準備する量子状態がその誤りに対する量子誤り訂正符号となることを示した。具体例として、Kingの測定を射影測定X およびZとしたとき、それらに対する二次元以上の量子誤り訂正符号をGHZ状態より構成可能となる。また、対応する符号状態を用いることにより、Mean King Problemの解法を示すことができる。その結果、Aliceは状態準備に携わる必要がなく、任意の符号状態をスタートにしても測定結果を正しく推定することが可能となり、MeanKing Problemが一般化される。

山本 直樹（慶應義塾大学 理工学部 物理情報工学科）

「量子フィードバック制御理論の基礎」

【概要】

量子系を制御する方策として、系を時間連続的に測定し、測定結果に基づいた操作を行う「フィードバック制御」によるものが容易に思いつく。しかし、古典系の場合と異なり、量子系については例えば非可換物理量を同時に測定することができないなど、測定に本質的な制限が課せられる。また、制御を考慮するにあたって、測定のバックアクションも見逃せない問題となる。本講演では、このような問題をクリアし新しい量子情報操作プロトコルを提供する「量子フィードバック制御理論」の基礎を説明する。とくに、この理論の実際的恩恵として、エンタングルの確定的生成法などについて説明する。

伊藤 公平（慶應義塾大学　理工学部 物理情報工学科）

「シリコン量子コンピューティング」

【概要】

慶應におけるシリコンを用いた量子コンピューティングに関する研究を紹介する。シリコン中の量子ビットの候補としては、シリコン核スピン、リンドナー核スピン、リンドナー電子スピンに着目している。これらのスピン物性研究の概要を紹介する。

萬 伸一（日本電気（株））

「NECの研究開発」

中村 泰信（日本電気（株））

「超伝導量子ビット -- 電気回路に現れる量子力学」

【概要】

マクロなスケールの電気回路上にいかにコヒーレントな量子状態を実現し、どのようにしてそれを制御・観測するか、巨視的量子コヒーレンスの探究に始まり量子演算回路の実現を目指して進展をつづける超伝導量子ビットに関する研究を紹介する。

山本 倫久（東京大学 工学系研究科 物理工学専攻 樽茶・大岩研究室 助教）

「半導体低次元電子系におけるコヒーレント状態の制御」

【講演要旨】

量子サイバネティクスは、コヒーレント状態の制御、検出の研究を基に、それを量子計算などの新規量子情報操作技術へと活用することを目標として平成21年度に発足した。この量子サイバネティクスの活動の一環として、我々は、半導体ナノ集積構造における量子状態制御、観測、伝送に関する研究を行っている。本講演では、半導体中の電子の量子力学的な振る舞いを紹介し、そのコヒーレントな状態制御に基づいた量子情報素子の設計について述べる。

高野 哲至（東京大学 工学系研究科 物理工学専攻 香取研究室 博士研究員）

「レーザー冷却と光格子時計」

【講演要旨】

本研究室では、従来のマイクロ波時計の性能を超える時計として「光格子時計」を提案し、その有効性の実証実験を行ってきた。光格子時計では、魔法波長と呼ばれる特殊な波長で格子状ポテンシャルを形成することにより、余分な摂動を与えずに多数個の原子を捕獲し、遷移周波数の観測を行う。今回の見学では、既に稼働している3台の光格子時計などを紹介するので、講演ではその基礎知識となる、光格子時計・レーザー冷却の原理や装置の概要などについて述べる。

米澤 英宏 （東京大学 工学系研究科 物理工学専攻 古澤・米澤研究室 グローバルCOE特任講師）

「光の量子状態の生成と操作」

【講演要旨】

古澤研究室の最も基本的なテーマはスクイ―ズド光を用いた量子テレポーテーション実験である。近年はその拡張として様々な光の量子状態の生成・操作に関する実験を行っている。例えば、スクイ―ズド光を用いてクラスター状態と呼ばれる量子エンタングルメントを生成し、それを用いた簡単な量子状態操作を実現している。また、スクイ―ズド光が偶数光子状態からなることを利用し、光子を引き去って（検出して）単一光子状態を生成する実験なども行っている。本講演では、これら最近の実験などについて説明する。