神はサイコロを振る!? 高輝度量子もつれ光で量子イメージングの高効率化を実現

2026-06-18 神戸大学

神戸大学大学院システム情報学研究科の研究チームは、高輝度な量子もつれ光を生成できるBiBO結晶を用いた量子イメージング技術を開発し、その高効率化に成功した。量子もつれ光は量子イメージングの高感度化や低ノイズ化に有望である一方、従来は光子生成効率が低く、長時間の測定が必要だった。研究チームはBiBO結晶を用いて高輝度量子もつれ光を生成し、EMCCDカメラによる並列同時相関測定を実施した。その結果、光子対の位置と運動量における量子相関を確認し、EPRパラドックスに基づく空間的量子もつれ状態および高次元量子もつれ状態を実証した。さらに、「量子画像蒸留」と呼ばれる手法を用いて、量子もつれ光で照明された画像のみを抽出する実験を行い、「シュレディンガーの猫」や「神はサイコロを振らない」の文字を題材として、古典光と量子光を分離できることを示した。従来のBBO結晶では困難だった低光量条件下でも画像抽出が可能であり、迷光やノイズの影響を抑えた高精度イメージングへの応用が期待される。本成果は、超解像観察、高感度計測、ホログラフィー、量子顕微鏡などの量子フォトニクス技術の発展に貢献するものである。

神はサイコロを振る!? 高輝度量子もつれ光で量子イメージングの高効率化を実現
「神はサイコロを振らない」はアインシュタインの有名な言葉。(a)は古典的なカメラ技術で観察した場合。(b) 量子もつれの性質を利用すると「does not」が消える!?一体なぜ?

<関連情報>

BiBO結晶ベースの量子もつれ光源による量子イメージング効率の向上
Enhancing quantum imaging efficiency by BiBO crystal-based entangled light source

Kanako Yoshimura;Naru Yoneda;Osamu Matoba
AIP Advances  Published:June 12 2026
DOI:https://doi.org/10.1063/5.0314450

Quantum imaging utilizing entangled photon pairs takes advantage of their strong quantum correlations to surpass the limitations of classical imaging techniques in terms of spatial resolution and signal-to-noise ratio. However, due to the low brightness of entangled photon sources, an enormous number of intensity images (~107)is required for imaging in previous studies in order to acquire images with a sufficient signal-to-noise ratio, posing a challenge for practical implementation. A BiBO crystal, known for its large nonlinear optical coefficient, is considered a promising high-brightness entangled photon source. However, its performance has not been quantitatively evaluated in the context of quantum imaging systems, particularly regarding its impact on imaging performance. Here, we investigate the potential of a BiBO crystal as a light source for high-efficiency quantum imaging by performing parallel intensity correlation measurements and implementing quantum image distillation as an example in comparison with a commonly used BBO crystal. The results demonstrate that the use of the BiBO crystal enables more efficient quantum imaging compared to the conventional BBO crystal.

0403電子応用
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