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強レーザパルスを用いた量子状態の超高速高効率操作に成功

December, 4, 2015, 名古屋--名古屋大学、理研などの研究チームは、台湾Fu-JenCatholic大学と共向で,超高速2光子ラピ振動の観測に成功した。
 レーザ光のようなコヒーレントな光を物質に照射すると,量子状態の「重ね合わせ」が生じ,これを利用して2つの状態間を100%に近い効率で極めて高速に行き来させることができる。これはラピ(Rabi)振動と呼ばれる現象で,基礎的な物理過程であると同時に化学反応の制御や量子コンピュータなどの量子操作技術の基幹をなす過程。様々な応用に向けてこの光技術は1光子から多光子過程へ拡張されているが,これまでのところ最も単純な2光子過程の場合でさえ,その状態操作には最短でもピコ秒程度の時間を要していた。物質の状態を自在に操るには,より強い光を用いてこれをさらに高速化する必要がある。一方で,光が強くなると状態そのものの変化や,イオン化などの競合する他の非線形現象が顕著となり,ラピ振動を保つことが難しくなる。
 今回研究グループは,極紫外自由電子レーザと近赤外域の高強度フェムト秒レーザを用い,強レーザ場における共鳴現象を利用することで2光子吸収による物質状態操作をこれまでに比べて3桁近くも速い50兆分の1秒程度の極めて短い時間内で行うことに成功した。この成果は,今後,化学反応制御や室温における量子コンピュータの量子状態操作などの基盤技僑として役立つことが期待される。
 研究チームのメンバーは、名古屋大学大学院理学研究科の伏谷瑞穂講師,菱川明栄教授,電気通信大学の森下亨准教授,富山大学の彦坂泰正教接,理化学研究所と高輝度光科学研実センター。
(詳細は、www.nagoya-u.ac.jp)