旭硝子財団 助成研究成果報告（2023）本プロジェクトでは光共振器に閉じ込められた2次の非線形光学（3光波混合）に基づく新しい光量子制御技術に関する研究を行った．光共振器は非線形光学を増強できるが，許容する光の帯域を著しく制限するため，単純に全ての光を閉じ込めたら良いというものではない．そのため，一般的には用途に応じて光共振器を適切に設計する必要がある．こうした考えに則って，本研究では特に，関与する3光波のうち1本のみを閉じ込める単共鳴型共振器の有用性に着目し，これを用いた新しい光量子制御技術に関する研究をおこなった．実験では単共鳴共振器に閉じ込められたPPLN導波路を用いることで，高効率周波数変換，大規模に周波数多重された偏光エンタングル光子対の生成，量子周波数コムの精密量子操作など，様々な量子制御技術を提案・実証した．In this project, we conducted a study on photonic manipulation based on second-order nonlinearity (three-wave mixing), which is confined in an optical resonator. Although optical resonators can enhance nonlinear optics, they can severely limit the acceptance bandwidth of light. Therefore, designing optical resonators that suit the application is crucial. In this study, we focused on the potential of a singly resonant resonator that confines only one of the three light waves involved. We investigated quantum operation on photons using this resonator. By utilizing PPLN waveguides that are confined in singly resonant resonators, we proposed and demonstrated vari-ous quantum techniques, such as highly efficient frequency conversion, generation of large-scale frequency-mul-tiplexed polarization-entangled photon pairs, and precise quantum manipulation of quantum frequency comb.物質科学は，物性物理学と化学の融合領域にある基礎学問として重要であるだけでなく，人類の生活を多くの有用な物質で豊かにし，今後の環境にやさしく省資源化した未来型の社会の構築のために不可欠な学問である．20世紀の物質科学は，物質内の電子の自由度のうち電荷を用いるものが主流であり，これが半導体などのエレクトロニクスと呼ばれた．21世紀に入り，電子の自由度のうち磁性体のスピンを用いるスピントロニクスが大いに研究されている．特にスピンの制御により，超高速でエネルギー効率のよいデータ処理と蓄積が可能となることが期待されている．本研究では，同時に空間も時間も元素も分解する新しい測定により，磁性体の研究を可能する実験手法を確立しこの問題の解決を目指す．Materials science is not only important as basic research in the fusion area of condensed-matter physics and chemistry but is also essential for enriching human life with many useful materials and for the construction of a future environment-friendly and resource-saving society. Materials science in the 20th century has mainly used electric charges among the degrees of freedom of electrons in materials, and this has been called elec-tronics, such as semiconductors. Since the beginning of the 21st century, spintronics, which uses spin in mag-netic materials among the degrees of freedom of electrons, has been extensively studied. In particular, spin control is expected to enable ultrafast and energy-efficient data processing and storage. In this research, we aim to solve this problem by establishing an experimental method that enables to study magnetic materials in a new measurement that resolves space, time, and elements at the same time.60生田 力三70Rikizo IKUTA和達 大樹71Hiroki WADATI非線形光学導波路共振器を用いた非線形量子操作の実現（2020採択）Nonlinear quantum operation based on a nonlinear optical waveguide resonator(Project 2020) スピンダイナミクス解明のための時間空間元素分解軟X線カー効果の開発（2020採択）Development of time-, space- and element-resolved soft X-ray Kerr effects for revealing spin dynamics(Project 2020)
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