デジタルレーザーの軌道角運動量(Orbital Angular Momentum: OAM)コームモードの需要 研究背景と意義 情報技術が日々進化する中、高容量データ伝送の要求はますます厳しくなっています。光の軌道角運動量（OAM）は、その無限次元の特性から、巨大な可能性を秘めた情報キャリアとみなされています。任意のOAMスペクトルをオンデマンドで生成できること、特に周波数コームのようなOAMコームモードを実現することが重要です。しかし、現行技術では、発端で自由に切り替え可能なデジタルOAMコームレーザーの実現には課題が残っています。特にリアルタイムで制御可能な多OAMモードの切り替えが重要であり、その需要は高まる一方です。本研究では、発端で便利にかつ動的に切り替え可能なデジタルOAMコーム...

科研レポート：偏光子の電気制御工学における合成磁場 学術的背景と研究目的 近年、合成ゲージ理論（synthetic gauge theory）は非磁性光子システムにおいて光の伝搬および状態進化を制御する潜在能力を示しています。しかし、これまでの異なるメカニズムを通じて生成された合成磁場は、偏光の制御において明確な成果を上げていませんでした。また、過去に報告された磁場は通常、固定された幾何配置で合成されているため、制御が困難でした。したがって、光子の工学合成磁場は依然として挑戦的な課題です。本研究は普遍的なスピン1/2理論枠組みを提案し、各種の工業化異方性媒質において異なる偏光子の磁化ベクトルを制御するための合成磁場の生成に成功しました。 論文の出典 本論文はGuohua Liu、Zepei ...

長基線量子センサーネットワークを暗黒物質ホールスコープとして 学術的背景 超軽量暗黒フォトン（dark photons）は、暗黒物質の重要な候補の1つとして、幅広く理論的および実験的な注目を集めている。動的混合機構（kinetic mixing mechanism）に従って、暗黒フォトンが標準モデルのフォトンと結合するとき、それは相互に関連した電磁波を生成し、この波は暗黒フォトンのド・ブロイ波長の範囲内で空間的に関連性を持つべきである。しかし、過去80年間にわたる天体物理学による豊富な暗黒物質の存在証拠にもかかわらず、その直接探査での非重力的な相互作用はまだ達成されていない。この挑戦に対処するため、多くの理論が提唱され、その中には新しい基礎粒子、例えばアクシオン（axions）や暗黒フォトン...

脳磁図センサーアレイ用の四チャンネル光ポンピング磁力計 研究背景 光ポンピング磁力計（Optically Pumped Magnetometer、OPM）は、スピン交換緩和自由（SERF）状態において非常に高感度の磁場センサーであり、感度は0.16 ft/√Hzおよび0.54 ft/√Hzにまで低下します。OPMはスピン極化原子と磁場の相互作用に基づき、ポンプ光束の角運動量をアルカリ金属蒸気の原子に移してスピン極化を起こします。スピン極化はラーモア進動を通じて磁場と相互作用し、光学的にスピン極化を測定することにより外部の磁場を検出できます。高い原子密度とほぼゼロ磁場のSERF状態では、スピン交換衝突による極化緩和が強く抑制され、OPMの感度が大幅に向上します。 近年、OPMは生体磁気学の応用...

背景紹介 近年、研究者たちはMott絶縁体中の電子-ホール結晶に強い関心を寄せています。この種の結晶は量子励起状態を実現し、反流超流性およびトポロジカル秩序のポテンシャルを持ち、長距離の量子絡み合いの特性を備えています。しかし、Mott絶縁体中における電子とホール結晶の共存に関する実験的証拠はまだ十分に示されていません。通常の条件下では、強い電子-電子相互作用が新しい結晶秩序の形成を駆動し、Wigner結晶やドープされたMott絶縁体中の電荷秩序現象を引き起こします。このタイプの電子結晶は、量子フラクチュエーションが多くの自由度を持って示される多体システムであり、これが量子シミュレーションに用いられています。 出典紹介 この研究論文は複数の研究機関の研究者たちによって共同執筆されました。主な...

非熱音声子動力学と励起子凝縮状態の表面敏感電子回折探測 背景紹介 励起子と音声子の相互作用は、光励起材料中のエネルギーの流れを決定し、関連する相の出現をコントロールします。材料科学の進展とともに、三次元構造動力学を探る電子またはX線パルス技術は、電子－音声子相互作用の強度、強結合モードの減衰チャンネル、および三次元秩序の進化を明らかにできます。しかし、二次元材料と機能的異質構造の固有の異方性と遠方平面音声子の偏光へのアクセスの要求は、新しい技術への需要を駆り立てました。 研究源 本論文は、Felix Kurtz、Tim N. Dauwe、Sergey V. Yalunin、Gero Storeck、Jan Gerrit Horstmann、Hannes Böckmann、およびClaus R...

常温下六方形窒化ホウ素における量子コヒーレンススピンの研究報告 序論 量子ネットワークとセンサーの実現には、固体スピン-フォトンインターフェース（spin-photon interface）が単一光子生成能力と長寿命のスピンコヒーレンスを備え、スケーラブルなデバイスに統合できる必要があります。理想的には、これらのデバイスは常温環境で動作するべきです。しかし、複数の候補システムで急速な進展が見られる一方で、室温で量子コヒーレンスを保持する単一スピンを持つシステムは依然として非常に稀です。本研究はこの研究のギャップを埋め、層状のバン・デア・ワールス材料—六方窒化ホウ素（hBN）において、常温環境で量子コヒーレンス制御の実現可能性を探ることを目指します。 論文の出所 この論文は「A quantum...

ドイツ重ホールスピン量子ビットの最適動作点およびその高異方性ノイズ感度 背景と動機 量子コンピュータ（quantum computer）の発展は、複雑な問題の解決において非常に有望です。しかし、エラー耐性のある量子コンピュータを構築するには、高度にコヒーレントな大量の量子ビット（qubit）を統合する必要があります。スピン量子ビット、特にドイツゲルマニウム（Germanium, Ge）量子井戸のホール量子ビットは、その低ノイズ環境、高効率な制御および製造の難易度の低さにより、徐々に注目を集めています。しかし、これらの量子ビットを制御する過程で、電場によって引き起こされるg-テンソル（g-tensor）異方性によるデコヒーレンスおよび制御の課題に頻繁に直面します。 重ホール（heavy hol...

プログラム可能なトポロジーフォトニックチップの研究進展 研究背景 近年、トポロジー絶縁体（Topological Insulators, TI）は物理学界で大きな注目を集め、その豊富な物理メカニズムとトポロジー境界モードの潜在的な応用が、この分野を急速に発展させました。量子ホール効果（Quantum Hall Effect）の発見以来、トポロジー相（Topological Phase）の研究は大きな進歩を遂げ、次元性、対称性、非エルミート性、欠陥など多岐にわたる内容が含まれます。トポロジーとフォトニクスが出会うと、トポロジーフォトニクス分野が急速に台頭し、独立した研究方向となり、光学科学と技術の発展を革新的に促進しました。トポロジーフォトニクスシステムは、雑音が少なく、格子幾何の制約が少なく...

この研究では、複雑なシステムを正確にシミュレートできる代理モデルを効率的に構築するためのオンライン学習手法が提案されています。この手法には、以下の3つの主要な構成要素があります。 新しい訓練およびテストデータを生成するためのサンプリング戦略 訓練データから候補の代理モデルを生成するための学習戦略 テストデータ上での候補の代理モデルの有効性を評価するための検証指標 この論文では、著者はRadial Basis Function(RBF)補間を代理モデルの応答面として使用しています。このオンライン手法は、代理モデルが応答面のすべてのローカル極値点(端点を含む)を含むことを保証することを目的としており、代理モデルのパフォーマンスが有効性の閾値を下回る場合に再訓練する連続的な検証と更新のメカニズムを...