東北大学研究者紹介

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カネダ　フミヒロ

金田　文寛

Fumihiro Kaneda

所属

大学院理学研究科　物理学専攻　量子物性物理学講座（光物性物理分野）

職名

教授

学位

博士（工学）（東北大学）
修士（工学）（東北大学）

researchmap

https://researchmap.jp/fkaneda

J-GLOBAL ID

201801014989807748

委員歴 3

教務委員会　学内委員

2025年4月～継続中
広報委員会　学内委員

2023年4月～継続中
Thesis Dissertation External Examiner

2024年5月～ 2024年5月

所属学協会 2

米国光学会
日本物理学会

研究分野 1

自然科学一般 / 半導体、光物性、原子物理 /

受賞 7

東北大学ディスティングイッシュトリサーチャー

2023年5月　東北大学
科学技術分野の文部科学大臣表彰若手科学者賞

2023年4月　文部科学省　量子技術実現へ向けた光子の発生と測定の研究
OSA Outstanding Reviewer

2021年8月
プロミネントリサーチフェロー

2021年7月　東北大学
日本物理学会若手奨励賞

2020年11月　日本物理学会　高効率単一光子源，量子もつれ，不確定性関係の研究
優秀ポスター発表賞

2020年1月　日本レーザー学会　自発パラメトリック下方変換光子対の高精度位相整合スペクトル評価方法の開発
Poster award

2019年12月　The 2nd International Forum on Quantum Metrology and Sensing（IFQMS)　High-precision characterization of quantum optical resources via classical measurements

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論文 20

Low-loss polarization-maintaining optical router for photonic quantum information processing

Pengfei Wang, Soyoung Baek, Keiichi Edamatsu, Fumihiro Kaneda

Japanese Journal of Applied Physics　63　(4)　040901-040901　2024年4月1日
出版者・発行元： IOP Publishing
DOI： 10.35848/1347-4065/ad3533 　

ISSN：0021-4922

eISSN：1347-4065

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Abstract In photonic quantum applications, optical routers are required to handle single photons with low loss, high speed, and preservation of their quantum states. Single-photon routing with maintained polarization states is particularly important for utilizing them as qubits. Here, we demonstrate a polarization-maintaining electro-optic router compatible with single photons. Our custom electro-optic modulator is embedded in a configuration of a Mach–Zehnder interferometer, where each optical component achieves polarization-maintaining operation. We observe the performance of the router with 2%–4% loss, 20 dB switching extinction ratio, 2.9 ns rise time, and >99% polarization process fidelity to an ideal identity operation.
(Proceedings) Spectrally Pure Heralded Single Photons at Telecommunication O-Band from a Custom-Poled KTiPO<inf>4</inf> Crystal

Wu Hao Cai, Rui Bo Jin, Keiichi Edamatsu, Fumihiro Kaneda

Quantum 2.0: Proceedings Optica Quantum 2.0 Conference and Exhibition　2023年6月

DOI： 10.1364/QUANTUM.2023.QW2A.33 　
(Proceedings) Engineering Spatial Entanglement of Photon Pairs Generated from Parametric Down-Conversion

Soyoung Baek, Fumihiro Kaneda, Yasuyoshi Mitsumori, Keiichi Edamatsu

Optica Quantum 2.0 Conference and Exhibition　2023年6月
出版者・発行元： Optica Publishing Group
DOI： 10.1364/quantum.2023.qw2a.38 　

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We present our recent progress on developing a parametric down-conversion source producing highly entangled photons in spatial mode toward quantum-enhanced spa-tial measurements. The degree of transverse spatial entanglement is engineered and characterized.
(Proceedings) Experimental Single-qubit Variable-strength Measurement Using a Quantum Computer

Tingrui Dong, Soyoung Beak, Fumihiro Kaneda, Keiichi Edamatsu

Optica Quantum 2.0 Conference and Exhibition　2023年6月
出版者・発行元： Optica Publishing Group
DOI： 10.1364/quantum.2023.qtu3a.13 　

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We demonstrate the single-qubit variable-strength measurement and the error-disturbance relation in a quantum computer. It illustrated that an quantum computer can be a useful platform for exploring the foundation of quantum physics.
Multi-Order Quasi-Phase Matching for Generation of Pure Heralded Single Photons

Fumihiro Kaneda, Jo Oikawa, Masahiro Yabuno, Fumihiro China, Shigehito Miki, Hirotaka Terai, Yasuyoshi Mitsumori, Keiichi Edamatsu

Optics InfoBase Conference Papers　2022年
Spectral characterization of photon-pair sources via classical sum-frequency generation 査読有り

Fumihiro Kaneda, Jo Oikawa, Masahiro Yabuno, Fumihiro China, Shigehito Miki, Hirotaka Terai, Yasuyoshi Mitsumori, Keiichi Edamatsu

OPTICS EXPRESS　28　(26)　38993-39004　2020年12月

DOI： 10.1364/OE.412448 　

ISSN：1094-4087
High-Precision Spectral Measurements of Photon-Pair Sources via Frequency-Resolved Sum-Frequency Generation

Fumihiro Kaneda, Jo Oikawa, Yasuyoshi Mitsumori, Keiichi Edamatsu

Conference Proceedings - Lasers and Electro-Optics Society Annual Meeting-LEOS　2020-　2020年5月1日
出版者・発行元： Institute of Electrical and Electronics Engineers Inc.
ISSN：1092-8081
High-Precision Spectral Measurements of Photon-Pair Sources via Frequency-Resolved Sum-Frequency generation

Fumihiro Kaneda, Jo Oikawa, Yasuyoshi Mitsumori, Keiichi Edamatsu

2020 CONFERENCE ON LASERS AND ELECTRO-OPTICS (CLEO)　2020年

ISSN：2160-9020
High-efficiency single-photon generation via large-scale active time multiplexing 査読有り

F. Kaneda, P. G. Kwiat

Science Advances　5　(10)　eaaw8586　2019年10月11日
出版者・発行元： American Association for the Advancement of Science ({AAAS})
DOI： 10.1126/sciadv.aaw8586 　
Direct generation of frequency-bin entangled photons via two-period quasi-phase-matched parametric downconversion 査読有り

Kaneda Fumihiro, Suzuki Hirofumi, Shimizu Ryosuke, Edamatsu Keiichi

OPTICS EXPRESS　27　(2)　1416-1424　2019年1月21日

DOI： 10.1364/OE.27.001416 　

ISSN：1094-4087

eISSN：1094-4087
Quantum-memory-assisted multi-photon generation for efficient quantum information processing 査読有り

Fumihiro Kaneda, Feihu Xu, Joseph Chapman, Paul G. Kwiat

OPTICA　4　(9)　1034-1037　2017年9月

DOI： 10.1364/OPTICA.4.001034 　

ISSN：2334-2536
Heralded single-photon source utilizing highly nondegenerate, spectrally factorable spontaneous parametric downconversion 査読有り

Fumihiro Kaneda, Karina Garay-Palmett, Alfred B. U'Ren, Paul G. Kwiat

OPTICS EXPRESS　24　(10)　2016年5月

DOI： 10.1364/OE.24.010733 　

ISSN：1094-4087
Time-multiplexed heralded single-photon source 査読有り

Fumihiro Kaneda, Bradley G. Christensen, Jia Jun Wong, Hee Su Park, Kevin T. McCusker, Paul G. Kwiat

OPTICA　2　(12)　1010-1013　2015年12月

DOI： 10.1364/OPTICA.2.001010 　

ISSN：2334-2536
Experimental Test of Error-Disturbance Uncertainty Relations by Weak Measurement 査読有り

Fumihiro Kaneda, So-Young Baek, Masanao Ozawa, Keiichi Edamatsu

PHYSICAL REVIEW LETTERS　112　(2)　2014年1月

DOI： 10.1103/PhysRevLett.112.020402 　

ISSN：0031-9007

eISSN：1079-7114
Experimental violation and reformulation of the Heisenberg's error-disturbance uncertainty relation 査読有り

So-Young Baek, Fumihiro Kaneda, Masanao Ozawa, Keiichi Edamatsu

SCIENTIFIC REPORTS　3　2013年7月

DOI： 10.1038/srep02221 　

ISSN：2045-2322
Entangled-state generation with an intrinsically pure single-photon source and a weak coherent source 査読有り

Rui-Bo Jin, Ryosuke Shimizu, Fumihiro Kaneda, Yasuyoshi Mitsumori, Hideo Kosaka, Keiichi Edamatsu

PHYSICAL REVIEW A　88　(1)　2013年7月

DOI： 10.1103/PhysRevA.88.012324 　

ISSN：1050-2947

eISSN：1094-1622
Experimental Activation of Bound Entanglement 査読有り

Fumihiro Kaneda, Ryosuke Shimizu, Satoshi Ishizaka, Yasuyoshi Mitsumori, Hideo Kosaka, Keiichi Edamatsu

PHYSICAL REVIEW LETTERS　109　(4)　2012年7月

DOI： 10.1103/PhysRevLett.109.040501 　

ISSN：0031-9007

eISSN：1079-7114
Entangled photon generation in two-period quasi-phase-matched parametric down-conversion 査読有り

Wakana Ueno, Fumihiro Kaneda, Hirofumi Suzuki, Shigehiro Nagano, Atsushi Syouji, Ryosuke Shimizu, Koji Suizu, Keiichi Edamatsu

OPTICS EXPRESS　20　(5)　5508-5517　2012年2月

DOI： 10.1364/OE.20.005508 　

ISSN：1094-4087
Generation and characterization of bound entanglement in optical qubits

Fumihiro Kaneda, Ryosuke Shimizu, Yasuyoshi Mitsumori, Hideo Kosaka, Keiichi Edamatsu

Progress in informatics : PI　8　(8)　27-31　2011年3月
出版者・発行元：国立情報学研究所
DOI： 10.2201/NiiPi.2011.8.3 　

ISSN：1349-8614 1349-8606
Photon pair sources with controlled frequency correlation

Keiichi Edamatsu, Ryosuke Shimizu, Wakana Ueno, Rui-Bo Jin, Fumihiro Kaneda, Masahiro Yabuno, Hirofumi Suzuki, Shigehiro Nagano, Atsushi Syouji, Koji Suizu

Progress in Informatics　(8)　19-26　2011年
出版者・発行元： National Institute of Informatics
DOI： 10.2201/NiiPi.2011.8.2 　

ISSN：1349-8606 1349-8614

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MISC 27

多重化伝令付き単一光子源の実現 (量子通信・計算・計測のための非古典光源)

金田文寛

光学 = Japanese journal of optics : publication of the Optical Society of Japan　47　(2)　60-65　2018年2月
出版者・発行元：日本光学会
ISSN： 0389-6625
Towards nondegenerate polarization entanglement from a waveguide down-conversion source

Kristina A. Meier, Fumihiro Kaneda, Paul G. Kwiat

Proceedings of SPIE - The International Society for Optical Engineering　10659　2018年1月1日

DOI： 10.1117/12.2306532 　

ISSN： 0277-786X
Relative time multiplexing of heralded single photons for efficient quantum communication

Fumihiro Kaneda, Alexander Hill, Paul Kwiat

2017 Conference on Lasers and Electro-Optics, CLEO 2017 - Proceedings　2017-January　1-2　2017年10月25日

DOI： 10.1364/CLEO_AT.2017.FTh4E.3 　
Synchronized spontaneous downconversion supplies scalable single-photon sources

P. G. Kwiat, F. Kaneda, F. Bergmann, M. Victora

Optics InfoBase Conference Papers　Part F43-CLEO_AT 2017　2017年1月1日

DOI： 10.1364/CLEO_AT.2017.JM3E.1 　
Relative time multiplexing of heralded single photons for efficient quantum communication

Fumihiro Kaneda, Alexander Hill, Paul Kwiat

Optics InfoBase Conference Papers　Part F42-CLEO_QELS 2017　2017年1月1日

DOI： 10.1364/CLEO_QELS.2017.FTh4E.3 　
最近の研究から量子測定における誤差・擾乱の計測と不確定性関係

枝松圭一, 金田文寛, Baek So-Young, 小澤正直

日本物理学会誌　70　(3)　188-193　2015年3月
出版者・発行元：一般社団法人日本物理学会
ISSN： 0029-0181

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量子力学には「不確定性関係」(「不確定性原理」ともいう)として知られている関係式があり,例えば位置と運動量といった非可換な物理量を同時に決定することはできないとされている.しかしこの「不確定性関係」に実は二つの異なった種類が存在することは,あまり認識されていない場合が多い.その一つは,量子状態に付随する「物理量のゆらぎ」の間の関係であり,もう一つは物理量の測定における「正確さ」あるいは「測定誤差」とその測定が別の物理量に与える「擾乱」との間の関係である.以前は,量子力学における測定過程の研究と言えば一種の禁断の領域であって,堅気の研究者が立ち入るところではないと言われていたこともあるやに聞くが,近年,量子測定過程についての理解は大きく進んだ.そして,測定における誤差と擾乱およびそれらの間の不確定性関係について,従来の理解を塗り替える理論的研究が進展するとともに,その実験的検証も可能となってきている.本稿では,量子測定における誤差・擾乱の不確定性関係についての最近の研究の進展について概説するとともに,筆者らによる,光子の偏光を用いた誤差,擾乱の計測と不確定性関係の検証実験について紹介する.まず,前述した二種類の不確定性関係の違いについて述べた後,測定誤差と擾乱の定義,およびそれらの間の不確定性関係に関して,「γ線顕微鏡の思考実験」を基に1927年にHeisenbergが提唱した関係式(Heisenbergの不等式),2003年に小澤が提唱した関係式(小澤の不等式),および2013年にBranciardが提唱した関係式(Branciardの不等式)について説明する.次に,量子測定における測定誤差と擾乱の実験的計測方法について概説した後,光子の偏光に関する測定誤差と擾乱の計測,およびそれらの間の不確定性関係の検証結果について報告する.筆者らが行った実験では,対象系の状態をほとんど乱すことなく物理量を計測する手法(弱測定法)を用いて,光子の縦横方向の偏光に関する測定誤差と,その測定によって生じる±45°方向の偏光に関する擾乱を精密に計測した.その結果,Heisenbergの不等式が破れており,小澤およびBranciardの不等式は成立していること,本実験における測定誤差と擾乱の不確定性関係が,Branciardの不等式が予言する下限に近接していること,等が明らかとなった.量子測定における誤差と擾乱,およびそれらの間の不確定性関係は,私たちがミクロの自然についてどこまでを知ることができるのか,その根本に深く関わる問題でもある.本稿で述べるように,最近の理論的,実験的研究の進展によって量子測定過程についてのより正しく精確な理解が得られるようになりつつあり,基礎・応用の両面から今後のさらなる発展が期待される.
Temporal Multiplexing toward Periodic and Deterministic Single-Photon Sources

F. Kaneda, B. Christensen, J. J. Wong, H. -S. Park, K. McCusker, P. Kwiat

2015 CONFERENCE ON LASERS AND ELECTRO-OPTICS (CLEO)　2015年

DOI： 10.1364/CLEO_QELS.2015.FM2A.5 　

ISSN： 2160-9020
Temporal Multiplexing toward Periodic and Deterministic Single-Photon Sources

F. Kaneda, B. Christensen, J. J. Wong, H. -S. Park, K. McCusker, P. Kwiat

2015 CONFERENCE ON LASERS AND ELECTRO-OPTICS (CLEO)　2015-August　2015年

ISSN： 2160-9020
Synchronizing heralded single photon sources for efficient quantum communication

Fumihiro Kaneda, Alexander Hill, Paul Kwiat

Optics InfoBase Conference Papers　2014年7月21日

DOI： 10.1364/FIO.2016.FF2C.7 　
Experimental test of error-disturbance relations in generalized photon-polarization measurements

So Young Baek, Fumihiro Kaneda, Masanao Ozawa, Keiichi Edamatsu

Optics InfoBase Conference Papers　2013年12月1日
出版者・発行元： OSA
DOI： 10.1364/qim.2013.w6.12 　
Experimental test of error-disturbance uncertainty relations by weak measurements

Fumihiro Kaneda, So Young Baek, Masanao Ozawa, Keiichi Edamatsu

Optics InfoBase Conference Papers　2013年12月1日

ISSN： 2162-2701
束縛量子もつれ光子の生成とその活性化 (特集量子通信技術)

枝松圭一, 金田文寛, 石坂智

光技術コンタクト = Optical and electro-optical engineering contact　51　(5)　28-35　2013年5月
出版者・発行元：光学工業技術協会
ISSN： 0913-7289
偏光に関する一般化測定における測定誤差と擾乱の不確定性関係の実験的評価 III

金田文寛, BAEK So-Young, 枝松圭一

日本物理学会講演概要集　68　(1)　2013年

ISSN： 1342-8349
19pEA-6 光で見る誤差と擾乱の不確定性関係・小澤の不等式の実験的検証(19pEA 領域4,領域1,領域11合同シンポジウム:「揺らぎ」の検出・理解・制御への挑戦 : 量子力学・統計力学・メゾ系の話題,領域1(原子・分子,量子エレクトロニクス,放射線物理))

枝松圭一, Baek So- Young, 金田文寛, 小澤正直

日本物理学会講演概要集　67　(2)　161-161　2012年8月24日
出版者・発行元：一般社団法人日本物理学会
ISSN： 1342-8349
偏光に関する一般化測定における測定誤差と擾乱の不確定性関係の実験的評価 II

金田文寛, BAEK So‐Young, 枝松圭一, 小澤正直

日本物理学会講演概要集　67　(2)　140-140　2012年8月24日
出版者・発行元：一般社団法人日本物理学会
ISSN： 1342-8349
偏光に関する一般化測定における測定誤差と擾乱の不確定性関係の実験的評価

BAEK So‐Young, 金田文寛, 枝松圭一, 小澤正直

日本物理学会講演概要集　67　(1)　232-232　2012年3月5日
出版者・発行元：一般社団法人日本物理学会
ISSN： 1342-8349
Generation of polarization-entangled photon pairs using two-period quasi-phase matched linbo<inf>3</inf>

Wakana Ueno, Fumihiro Kaneda, Hirofumi Suzuki, Shigehiro Nagano, Atsushi Syouji, Ryosuke Shimizu, Koji Suizu, Keiichi Edamatsu

Optics InfoBase Conference Papers　1761-1763　2011年12月1日
24aED-8 束縛エンタングルメントの活性化の観測(24aED 量子エレクトロニクス(光量子情報処理),領域1(原子・分子,量子エレクトロニクス,放射線物理))

金田文寛, 清水亮介, 石坂智, 三森康義, 小坂英男, 枝松圭一

日本物理学会講演概要集　66　(2)　187-187　2011年8月24日
出版者・発行元：一般社団法人日本物理学会
ISSN： 1342-8349
Generation and superactivation of bound entanglement

Fumihiro Kaneda, Ryosuke Shimizu, Satoshi Ishizaka, Yasuyoshi Mitsumori, Hideo Kosaka, Keiichi Edamatsu

2011 Conference on Lasers and Electro-Optics Europe and 12th European Quantum Electronics Conference, CLEO EUROPE/EQEC 2011　2011年

DOI： 10.1109/CLEOE.2011.5943448 　
Efficient generation and activation of bound entanglement in optical qubits

Fumihiro Kaneda, Ryosuke Shimizu, Satoshi Ishizaka, Yasuyoshi Mitsumori, Hideo Kosaka, Keiichi Edamatsu

2011 Int. Quantum Electron. Conf., IQEC 2011 and Conf. Lasers and Electro-Optics, CLEO Pacific Rim 2011 Incorporating the Australasian Conf. Optics, Lasers and Spectroscopy and the Australian Conf.　517-518　2011年

DOI： 10.1109/IQEC-CLEO.2011.6194079 　
Generation and superactivation of bound entanglement

Fumihiro Kaneda, Ryosuke Shimizu, Satoshi Ishizaka, Yasuyoshi Mitsumori, Hideo Kosaka, Keiichi Edamatsu

2011 Conference on Lasers and Electro-Optics Europe and 12th European Quantum Electronics Conference, CLEO EUROPE/EQEC 2011　2011年

DOI： 10.1109/CLEOE.2011.5943448 　
Efficient generation and activation of bound entanglement in optical qubits

Fumihiro Kaneda, Ryosuke Shimizu, Satoshi Ishizaka, Yasuyoshi Mitsumori, Hideo Kosaka, Keiichi Edamatsu

2011 Int. Quantum Electron. Conf., IQEC 2011 and Conf. Lasers and Electro-Optics, CLEO Pacific Rim 2011 Incorporating the Australasian Conf. Optics, Lasers and Spectroscopy and the Australian Conf.　517-518　2011年

DOI： 10.1109/IQEC-CLEO.2011.6194079 　
25pRF-9 偏光qubitにおけるSmolin状態の生成(25pRF 量子エレクトロニクス(光量子情報処理),領域1(原子・分子,量子エレクトロニクス,放射線物理))

金田文寛, 清水亮介, 三森康義, 小坂英男, 枝松圭一

日本物理学会講演概要集　65　(2)　156-156　2010年8月18日
出版者・発行元：一般社団法人日本物理学会
ISSN： 1342-8349
25pRF-10 Bell-inequality violation with a brighter independent photon source

Jin R. B., Shimizu R., Kaneda F., Mitsumori Y., Kosaka H., Edamatsu K.

日本物理学会講演概要集　65　(2)　156-156　2010年8月18日
出版者・発行元：一般社団法人日本物理学会
ISSN： 1342-8349
20pTD-8 2周期疑似位相整合素子を用いた2光子量子ビートの観測(20pTD 量子エレクトロニクス(量子情報),領域1(原子・分子,量子エレクトロニクス,放射線物理))

金田文寛, 鈴木寛史, 清水亮介, 東海林篤, 長能重博, 水津光司, 枝松圭一

日本物理学会講演概要集　65　(1)　173-173　2010年3月1日
出版者・発行元：一般社団法人日本物理学会
ISSN： 1342-8349
25pZF-9 Ybレーザー励起のパラメトリック下方変換を用いた4光子干渉の観測(量子エレクトロニクス(量子情報),領域1,原子・分子,量子エレクトロニクス,放射線物理)

金田文寛, 清水亮介, 三森康義, 小坂英男, 枝松圭一

日本物理学会講演概要集　64　(2)　63-63　2009年8月18日
出版者・発行元：一般社団法人日本物理学会
ISSN： 1342-8349
28aSD-3 Ybレーザーによる多光子エンタングル状態の高効率生成(28aSD 量子エレクトロニクス(量子情報・イオントラップ),領域1(原子・分子,量子エレクトロニクス,放射線物理))

金田文寛, 清水亮介, 三森康義, 小坂英男, 枝松圭一

日本物理学会講演概要集　64　(1)　149-149　2009年3月3日
出版者・発行元：一般社団法人日本物理学会
ISSN： 1342-8349

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書籍等出版物 2

量子センシングハンドブック : 量子科学が切り拓く新たな領域

金田文寛, 清水亮介

エヌ・ティー・エス　2021年3月

ISBN: 9784860436612
Quantum Photonics: Pioneering Advances and Emerging Applications

Michelle Victora, Fumihiro Kaneda, Fedor Bergmann, Jia Jun Wong, Austin Graf, Paul Kwiat

Springer　2019年1月

講演・口頭発表等 58

Time Multiplexing for High-Efficiency Generation of Single and Entangled Photons

Fumihiro Kaneda

IWSQMD2023　2023年11月
量子コンピュータにおける一般化非破壊完全ベル測定の実証

Tingrui Dong, Beak Soyoung, 金田文寛, 枝松圭一

日本物理学会年次大会　2023年9月
Spectrally Pure Heralded Single Photons at Telecommunication O-Band from a Custom-Poled KTiPO4 Crystal

蔡吾豪, 枝松圭一, 金田文寛

日本物理学会年次大会　2023年9月
変調された分極反転KTiOPO4結晶による高不可識別性光子対の発生

狩野信茂, 枝松圭一, 金田文寛

日本物理学会年次大会　2023年9月
Electro-optic switch towards polarization-independent single-photon routing II

Pengfei Wang, Keiichi Edamatsu, Fumihiro Kaneda

日本物理学会年次大会　2023年9月
Spectrally Pure Heralded Single Photons at Telecommunication O-Band from a Custom-Poled KTiPO4 Crystal

Wu-Hao Cai, Rui-Bo Jin, Keiichi Edamatsu, Fumihiro Kaneda

Optica Quantum 2.0 Conference and Exhibition　2023年6月
Experimental Single-qubit Variable-strength Measurement Using a Quantum Computer

Tingrui Dong, Soyoung Baek, Fumihiro Kaneda, Keiichi Edamatsu

Optica Quantum 2.0 Conference and Exhibition　2023年6月
Engineering Spatial Entanglement of Photon Pairs Generated from Parametric Down-Conversion

Soyoung Baek, Fumihiro Kaneda, Yasuyoshi Mitsumori, Keiichi Edamatsu

2023年6月
Experimental variable strength measurement using quantum computers

董庭瑞, Binho Le, Soyoung Baek, 金田文寛, 枝松圭一

日本物理学会第77回年次大会　2022年3月
Electro-optic switch toward polarization-independent single-photon routing

Pengfei Wang, Keiichi Edamatsu, Fumihiro Kaneda

日本物理学会第７７回年次大会　2022年3月
Pure single-photon generation using a domain-engineered nonlinear optical crystal

Fumihiro Kaneda

FRIS/TI-FRIS annual meeting　2022年2月
時間多重化による量子光源の研究招待有り

金田文寛

レーザー学会学術講演会第42回年次大会　2022年1月13日
小さな光子の積み重ね：多重化光子源

金田文寛

FRIS Hub meeting　2021年10月
Multiplexing for optical quantum applications

Fumihiro Kaneda

FRIS Annual Meeting 2021 / 1st TI-FRIS International Symposium　2021年3月23日
Study of momentum and position entanglement between photon pairs generated from parametric down-conversion

Soyoung Baek, Fumihiro Kaneda, Yasuyoshi Mitsumori, Keiichi Edamatsu

日本物理学会第７６回年次大会　2021年3月
光ファイバーを用いた長周期リング型量子メモリの開発

金井天馬, 三森康義, 枝松圭一, 金田文寛

日本物理学会第７６回年次大会　2021年3月
変調された周期分極反転結晶による周波数不可識別伝令付き単一光子対源の開発

及川憧, 三森康義, 枝松圭一, 金田文寛

日本物理学会第７６回年次大会　2021年3月
高効率単一光子源，量子もつれ，不確定性関係の研究招待有り

金田文寛

日本物理学会第７６回年次大会　2021年3月
時間多重化伝令付き単一光子および多光子源招待有り

金田文寛

量子情報技術研究会（QIT）　2020年12月
空間モードフィルタリングによる高精度電気光学スイッチ

金井天馬, 三森康義, 枝松圭一, 金田文寛

日本物理学会2020年秋季大会　2020年9月
High-Precision Spectral Measurements of Photon-Pair Sources via Frequency-Resolved Sum-Frequency generation

Fumihiro Kaneda, Jo Oikawa, Yasuyoshi Mitsumori, Keiichi Edamatsu

Conference on Lasers and Electro-Optics (CLEO) 2020　2020年5月
和周波発生を用いた光子対源の高精度スペクトル特性評価

及川憧, 金田文寛, 三森康義, 枝松圭一

日本物理学会第75回年次大会　2020年3月
自発パラメトリック下方変換光子対の高精度位相整合スペクトル評価方法の開発

及川憧, 金田文寛, 三森康義, 枝松圭一

レーザー学会学術講演会第40回年次大会　2020年1月
High-precision characterization of quantum optical resources via classical measurements 国際会議

Fumihiro Kaneda, Jo Oikawa, Yasuyoshi Mitsumori, Keiichi Edamatsu

The 2nd International Forum on Quantum Metrology and Sensing（IFQMS)　2019年12月
Time multiplexing for high-efficiency single-photon generation 国際会議

Fumihiro Kaneda, Paul Kwiat

The 2nd International Forum on Quantum Metrology and Sensing（IFQMS)　2019年12月
Development and characterization of a waveguide SPDC source of highly-nondegenerate polarization-entangled photon pairs 国際会議

Kristina A. Meier, Fumihiro Kaneda, Paul G. Kwiat

Single photon workshop 2019　2019年10月
High-Efficiency Time-Multiplexed Single-Photon Source 国際会議

Colin P. Lualdi, Fumihiro Kaneda, Joseph C. Chapman, Paul G. Kwiat

Single photon workshop　2019年10月
High-Efficiency Time-Multiplexed Single-Photon Source 国際会議

Colin P. Lualdi, Fumihiro Kaneda, Joseph C. Chapman, Paul G. Kwiat

50th Annual Meeting of the APS Division of Atomic, Molecular and Optical Physics APS Meeting　2019年5月
Development of highly nondegenerate polarization entanglement on a waveguide SPDC source 国際会議

Kristina Meier, Fumihiro Kaneda, Paul Kwiat

50th Annual Meeting of the APS Division of Atomic, Molecular and Optical Physics APS Meeting　2019年5月
Active time multiplexing for efficient single-photon generation

金田文寛, Paul Kwiat

日本物理学会講演概要集　2018年9月
Ultra-Efficient Single-Photon Source Via Time Multiplexing 国際会議

金田文寛, Paul Kwiat

The International Conference on Quantum Communication, Measurement and Computing (QCMC)　2018年3月
Towards nondegenerate polarization entanglement from a waveguide down-conversion source

Kristina A. Meier, Fumihiro Kaneda, Paul G. Kwiat

Proceedings of SPIE - The International Society for Optical Engineering　2018年1月1日

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© 2018 SPIE. As optical quantum information processing protocols and experiments become increasingly more complex, integrated optics provide a small and robust alternative to traditional bulk optics. Specifically, waveguide technology allows for the creation of bright single-photon sources based on the fact that photon pairs can be created at any location along the waveguide. For our goals, we are working on the characterization of a highly nondegenerate Spontaneous Parametric Down-Conversion (SPDC) waveguide source on a periodically poled KTP (PPKTP) crystal. Our current waveguide source uses type-II phase-matching to create collinear signal and idler photons at 1550 nm and 810 nm, respectively, with the promise of generating simultaneous time-bin and polarization entanglement in future iterations. Our intended source application is for use in quantum key distribution and superdense teleportation protocols between a space platform and collection telescopes on Earth.
Relative time multiplexing of heralded single photons for efficient quantum communication

Fumihiro Kaneda, Alexander Hill, Paul Kwiat

Optics InfoBase Conference Papers　2017年1月1日

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© OSA 2017. We demonstrate relative time multiplexing of heralded single-photon sources, using a low-loss photon storage technique. Our scheme can realize efficient two-photon quantum communication protocols, e.g., measurement-device-independent quantum key distribution.
Synchronized spontaneous downconversion supplies scalable single-photon sources

P. G. Kwiat, F. Kaneda, F. Bergmann, M. Victora

Optics InfoBase Conference Papers　2017年1月1日

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© 2017 OSA. Very efficient sources of pure single photons can be realized by combining optimized, heralded nondeterministic photon sources with spatial or temporal multiplexing. Low-loss synchronization elements can further enhance scalability, enabling various multi-photon quantum information applications.
Temporal multiplexing toward periodic and deterministic single-photon sources

F. Kaneda, B. Christensen, J. J. Wong, H. S. Park, H. S. Park, K. McCusker, K. McCusker, P. Kwiat

Conference on Lasers and Electro-Optics Europe - Technical Digest　2015年8月10日

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© 2015 OSA. Utilizing time multiplexing of a heralded single-photon source based on spontaneous parametric downconversion pumped by periodic laser pulses, we observed large enhancements in the single-photon probability.
Temporal multiplexing toward periodic and deterministic single-photon sources

F. Kaneda, B. Christensen, J. J. Wong, H. S. Park, K. McCusker, K. McCusker, P. Kwiat

CLEO: QELS - Fundamental Science, CLEO_QELS 2015　2015年1月1日

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Utilizing time multiplexing of a heralded single-photon source based on spontaneous parametric downconversion pumped by periodic laser pulses, we observed large enhancements in the single-photon probability. © 2014 Optical Society of America.
Synchronizing heralded single photon sources for efficient quantum communication

Fumihiro Kaneda, Alexander Hill, Paul Kwiat

Optics InfoBase Conference Papers　2014年7月21日

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© OSA 2016. We demonstrate synchronized heralded single-photon sources by using a low-loss photon storage technique. Our synchronization scheme can realize efficient two-photon quantum communication protocols, e.g., measurement-device-independent quantum key distribution.
Experimental test of error-disturbance uncertainty relations by weak measurements

Fumihiro Kaneda, So Young Baek, Masanao Ozawa, Keiichi Edamatsu

Optics InfoBase Conference Papers　2013年12月1日

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We experimentally test the error-disturbance relations for generalized measurement of photon-polarization by weak measurements. Our results exemplify the violation of Heisenberg's uncertainty relation, yet validates Ozawa's relation. © 2013 Optical Society of America.
Experimental test of error-disturbance relations in generalized photon-polarization measurements

So Young Baek, Fumihiro Kaneda, Masanao Ozawa, Keiichi Edamatsu

Optics InfoBase Conference Papers　2013年12月1日

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We report an experimental test of Ozawa's relation for a single-photon polarization qubit, exploiting an indirect measurement model that breaks Heisenberg's relation throughout the range of our experimental parameter and yet validates Ozawa's relation. © 2013 Optical Society of America.
26aED-5 偏光に関する一般化測定における測定誤差と擾乱の不確定性関係の実験的評価III(26aED 量子エレクトロニクス(量子光学・量子通信・量子暗号),領域1(原子・分子,量子エレクトロニクス,放射線物理))

金田文寛, Baek So-Young, 枝松圭一

日本物理学会講演概要集　2013年3月26日
19pEA-6 光で見る誤差と擾乱の不確定性関係・小澤の不等式の実験的検証(19pEA 領域4,領域1,領域11合同シンポジウム:「揺らぎ」の検出・理解・制御への挑戦 : 量子力学・統計力学・メゾ系の話題,領域1(原子・分子,量子エレクトロニクス,放射線物理))

枝松圭一, Baek So- Young, 金田文寛, 小澤正直

日本物理学会講演概要集　2012年8月24日
19aAK-5 偏光に関する一般化測定における測定誤差と擾乱の不確定性関係の実験的評価II(19aAK 量子エレクトロニクス(量子測定),領域1(原子・分子,量子エレクトロニクス,放射線物理))

金田文寛, Baek So-Young, 枝松圭一, 小澤正直

日本物理学会講演概要集　2012年8月24日
19pEA-6 光で見る誤差と擾乱の不確定性関係・小澤の不等式の実験的検証(19pEA 領域4,領域1,領域11合同シンポジウム,主題:〜「揺らぎ」の検出・理解・制御への挑戦〜量子力学・統計力学・メゾ系の話題,領域4(半導体,メゾスコピック系・局在))

枝松圭一, Baek So-Young, 金田文寛, 小澤正直

日本物理学会講演概要集　2012年8月24日
27aBE-10 偏光に関する一般化測定における測定誤差と擾乱の不確定性関係の実験的評価(27aBE 量子測定,領域1(原子・分子,量子エレクトロニクス,放射線物理))

Baek So-Young, 金田文寛, 枝松圭一, 小澤正直

日本物理学会講演概要集　2012年3月5日
Generation and superactivation of bound entanglement

Fumihiro Kaneda, Ryosuke Shimizu, Ryosuke Shimizu, Satoshi Ishizaka, Yasuyoshi Mitsumori, Hideo Kosaka, Keiichi Edamatsu

Optics InfoBase Conference Papers　2011年12月1日
Efficient generation and activation of bound entanglement in optical qubits

Fumihiro Kaneda, Ryosuke Shimizu, Satoshi Ishizaka, Yasuyoshi Mitsumori, Hideo Kosaka, Keiichi Edamatsu

Optics InfoBase Conference Papers　2011年12月1日

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We report the efficient generation of a four-qubit bound entangled Smolin state. We also demonstrate the activation of the bound entanglement; we make the bound entanglement in the Smolin state distillable with the help of an additional Bell pair. © 2011 AOS.
Efficient generation and activation of bound entanglement in optical qubits

Fumihiro Kaneda, Ryosuke Shimizu, Satoshi Ishizaka, Yasuyoshi Mitsumori, Hideo Kosaka, Keiichi Edamatsu

2011 Int. Quantum Electron. Conf., IQEC 2011 and Conf. Lasers and Electro-Optics, CLEO Pacific Rim 2011 Incorporating the Australasian Conf. Optics, Lasers and Spectroscopy and the Australian Conf.　2011年12月1日

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We report the efficient generation of a four-qubit bound entangled Smolin state. We also demonstrate the activation of the bound entanglement; we make the bound entanglement in the Smolin state distillable with the help of an additional Bell pair. © 2011 IEEE.
Generation of polarization-entangled photon pairs using two-period quasi-phase matched linbo3

Wakana Ueno, Fumihiro Kaneda, Hirofumi Suzuki, Shigehiro Nagano, Atsushi Syouji, Ryosuke Shimizu, Koji Suizu, Keiichi Edamatsu

Optics InfoBase Conference Papers　2011年12月1日

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We demonstrate the generation of polarization-entangled photon pairs at telecommunication wavelengths with type-II quasi-phase matched spontaneous parametric downconversion (QPM-SPDC) having two poling periods. The generated two-photon polarization state was analyzed by the quantum state tomography. © 2011 AOS.
Generation and superactivation of bound entanglement

Fumihiro Kaneda, Ryosuke Shimizu, Ryosuke Shimizu, Satoshi Ishizaka, Yasuyoshi Mitsumori, Hideo Kosaka, Keiichi Edamatsu

2011 Conference on Lasers and Electro-Optics Europe and 12th European Quantum Electronics Conference, CLEO EUROPE/EQEC 2011　2011年9月6日

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We report the experimental realization of the four-partite bound-entangled state, i.e., Smolin state [1] and demonstrate the superactivation of the bound entanglement. Bound entanglement is a class of multipartite entanglement that cannot be distilled into pure entanglement under local operations and classical communication (LOCC). Despite its undistillable property, this class of entanglement has interesting properties that are expected to be useful in quantum information processing (QIP). For instance, in the Smolin state, the bound entanglement can be activated into distillable entanglement when two of the parties get together. The process is called unlocking [1], and has been demonstrated experimentally [2]. More importantly, the bound entanglement can be activated with the help of entanglement in other systems [3]. The activation of bound entanglement, i.e., superactivation, plays an essential role in the QIP protocols using bound entangled states (e.g., remote information concentration [4]). © 2011 IEEE.
24aED-8 束縛エンタングルメントの活性化の観測(24aED 量子エレクトロニクス(光量子情報処理),領域1(原子・分子,量子エレクトロニクス,放射線物理))

金田文寛, 清水亮介, 石坂智, 三森康義, 小坂英男, 枝松圭一

日本物理学会講演概要集　2011年8月24日
25pRF-9 偏光qubitにおけるSmolin状態の生成(25pRF 量子エレクトロニクス(光量子情報処理),領域1(原子・分子,量子エレクトロニクス,放射線物理))

金田文寛, 清水亮介, 三森康義, 小坂英男, 枝松圭一

日本物理学会講演概要集　2010年8月18日
20pTD-8 2周期疑似位相整合素子を用いた2光子量子ビートの観測(20pTD 量子エレクトロニクス(量子情報),領域1(原子・分子,量子エレクトロニクス,放射線物理))

金田文寛, 鈴木寛史, 清水亮介, 東海林篤, 長能重博, 水津光司, 枝松圭一

日本物理学会講演概要集　2010年3月1日
20pTD-8 2周期疑似位相整合素子を用いた2光子量子ビートの観測(20pTD 量子エレクトロニクス(量子情報),領域1(原子・分子,量子エレクトロニクス,放射線物理))

金田文寛, 鈴木寛史, 清水亮介, 東海林篤, 長能重博, 水津光司, 枝松圭一

日本物理学会講演概要集　2010年
25pRF-9 偏光qubitにおけるSmolin状態の生成(25pRF 量子エレクトロニクス(光量子情報処理),領域1(原子・分子,量子エレクトロニクス,放射線物理))

金田文寛, 清水亮介, 三森康義, 小坂英男, 枝松圭一

日本物理学会講演概要集　2010年
25pZF-9 Ybレーザー励起のパラメトリック下方変換を用いた4光子干渉の観測(量子エレクトロニクス(量子情報),領域1,原子・分子,量子エレクトロニクス,放射線物理)

金田文寛, 清水亮介, 三森康義, 小坂英男, 枝松圭一

日本物理学会講演概要集　2009年8月18日
28aSD-3 Ybレーザーによる多光子エンタングル状態の高効率生成(28aSD 量子エレクトロニクス(量子情報・イオントラップ),領域1(原子・分子,量子エレクトロニクス,放射線物理))

金田文寛, 清水亮介, 三森康義, 小坂英男, 枝松圭一

日本物理学会講演概要集　2009年3月3日
28aSD-3 Ybレーザーによる多光子エンタングル状態の高効率生成(28aSD 量子エレクトロニクス(量子情報・イオントラップ),領域1(原子・分子,量子エレクトロニクス,放射線物理))

金田文寛, 清水亮介, 三森康義, 小坂英男, 枝松圭一

日本物理学会講演概要集　2009年
25pZF-9 Ybレーザー励起のパラメトリック下方変換を用いた4光子干渉の観測(量子エレクトロニクス(量子情報),領域1,原子・分子,量子エレクトロニクス,放射線物理)

金田文寛, 清水亮介, 三森康義, 小坂英男, 枝松圭一

日本物理学会講演概要集　2009年

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共同研究・競争的資金等の研究課題 6

２光子干渉の一般化と２光子フーリエ分光法の開発

金田文寛

2024年6月28日～ 2026年3月31日
多モード多光子発生、検出と高速フーリエ変換による多次元量子計測

金田文寛, 藪野正裕

2022年4月1日～ 2025年3月31日
光子の時間的量子もつれ連鎖と高分解能光量子計測

金田文寛

2021年～ 2024年

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光計測は現代の科学および産業技術を支える基礎技術のひとつです。本研究では、従来の光計測とは異なり、光の量子である光子を量子もつれによって相関させ、互いに協調的に機能させる高分解能光計測を実証します。この目的達成のため、本研究では量子メモリや量子ゲート技術を駆使し、異なる時間に発生する光子間に量子もつれを着実に連鎖させることで、効率的に量子もつれを大規模化する技術を確立します。
単一光子の決定論的スイッチングを可能にする光ファイバー内群速度「不整合」カー効果

金田文寛

2021年7月9日～ 2023年3月31日

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単一光子は量子情報処理における有力な量子ビット媒体であり、その操作には極限の低損失化、高速化、高精度化が要求されている。しかし、ほぼ全ての光スイッチング素子は、その物理的大きさによって、低損失性か高速性の一方しか達成できていない。本研究では、現在成功的に商用化されている数少ない低損失光閉じ込めデバイスである光ファイバーと、その内部で起こる、高速な光パルスの重なりに基づく全光学的単一光子スイッチングの実証を目標として研究を実施している。 <BR> 本年度では、自由空間から導入されるゲート用レーザー光や単一光子の光ファイバーへの導入及び取り出しを行うための光学系設計と必要機器導入を実施した。光学系は低損失が要求される光通信Oバンドのでの損失を最優先で最適化しながら、ゲート光として利用するCバンドでのファイバー結合も高効率となる光学系を設計し、その必要機器および素子の選定した。また、ファイバー結合光学系構築を開始した。次に、1300 nm帯での単一光子発生手法の検討と、その理論的な性能見積りを実施した。その結果、光子のペアを発生させる自発パラメトリック下方変換における新たな群速度整合条件を発見した。この群速度整合条件は、高い不可識別性をもつ伝令付き単一光子発生を可能にするものであり、本研究の単一光子スイッチングの実証に有用となることがわかった。 <BR> さらに、従来の電気光学スイッチングでは困難であった、偏光状態に依存しない新たな単一光子スイッチング手法を考案し、その原理検証実験に成功した。
光子の繰り返し発生と操作による決定論的光子数操作と量子計算

金田文寛

提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research

研究種目：Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

研究機関：Tohoku University

2019年4月1日～ 2022年3月31日

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本研究はこれまで効率が低かった量子光状態の発生や操作技術を成功できるまで繰り返し実行して疑似決定論的な技術へと高度化することを目標として研究を実施した。リング型量子メモリを利用した世界最高効率の単一光子発生の実証や、伝令付き単一光子源の純粋度改善手法の実証、そしてリング型量子メモリによる光子の保持時間の延長を実証することができた。当初最終目標としていた光子数操作や量子計算の実証実験は実施できなかったものの、以上の研究内容によって光子の発生や操作技術の大きな向上が実証されており、同様の研究方針で研究を継続していくことで、近い将来、実証実験が可能になると考えられる。
大規模多重化による単一光子の準決定的生成技術の実現

金田文寛

2018年8月24日～ 2020年3月31日

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本研究では単体では非効率な伝令付き単一光子源の発生効率を，モード多重化によりほぼ決定的発生を可能にする技術の開発を目指して研究を行っている.多重化伝令付き単一光子源は主に伝令付き単一光子源と光スイッチにより構成されており，それぞれの素子には所望のモードへの低損失かつ高精度な光子の発生・スイッチングが求められる. まず本研究では伝令付き単一光子を正確にシングルモード光ファイバーへ集光するため，光子発生モードの数値計算をベースに光学系を最適化し，その結果，少なくとも90%以上の高効率な伝令付き単一光子の集光が達成された.現在のところ，光子検出器の雑音により集光効率の測定精度が制限されているため，今後検出器の高感度化・低雑音化により，より高精度な測定を行う予定である.また，光子の周波数モードにおける非識別性の高精度測定のため，伝令付き単一光子発生に用いるパラメトリック下方変換の逆過程である和周波発生を用いた新たな分光法を開発した.従来の光子の分光測定方法と比較して，周波数分解能は１桁以上，測定のダイナミックレンジは20dB以上改善され，今後光子の非識別性の最適化を進めていく上で強力な方法となることがわかった.さらに，伝令付き単一光子源用のポンプレーザーの共振器長の安定化を行い，伝令付き単一光子の発生時間モードの安定化を図っている.今後は光スイッチの開発に着手し，それと最適化された伝令付き単一光子源を統合することで多重化の試験を行う予定である.

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