quEDU – 量子教育キット
quEDU – Quantum Education Kit
quEDUは、さまざまな量子物理学実験に対応するプラットフォームです。接続されたすべての実験ボードを制御するコントロールユニットとして機能します。データの取得・解析に使用する単一光子検出器やタイムタギング回路に加え、実験を制御するためのデジタルインターフェースを搭載しています。
quEDUと各種実験ボードは、量子光学技術の最新の成果を取り入れ、教育・研究・応用分野で高精度な実験を容易に行えるシステムです。最先端の物理学実験の要件を満たす高性能な科学研究向け上位モデルも用意されています。
qutools社の量子教育キットは、教育現場での利用を考慮して設計されています。偏光もつれ光子対の生成・解析や、ダイヤモンド中の電子スピンの操作を通じて、量子力学の複雑な現象を簡単かつ確実に理解・説明できるシステムです。
- 量子もつれを体験できる実験
- スピン操作
- 実験に対応する高いモジュール性
- 使いやすいオールインワンシステム
- アドオンによる実験機能の拡張
- 学生向け実験実習
- ベルの不等式の破れの検証
- 予告型単一光子源
- NVセンターのスピン操作
- 光検出磁気共鳴（ODMR）
- タッチスクリーンと回転式ボタン
- 6つの実験ボード接続ポート
- パターンジェネレーターとパルスストリーマー
- Ethernet経由のリモート制御
- 光ファイバーポート付きアバランシェフォトダイオード（APD）4基
- ピコ秒レベルのジッターを実現するタイムタギング
- 単一光子および同時計数
- データの解析・処理
接続するボード他ラインナップ
quEDUは複数の実験ボードとアドオンに接続できます。
NV – 窒素空孔中心
NV – Nitrogen Vacancy Centers
NV実験ボードでは、ダイヤモンド中の窒素空孔（NV）センターが持つ特性を体験できます。NVセンターの蛍光、電子スピン操作、光検出磁気共鳴（ODMR）、基本的な量子ビット操作などの実験が可能です。
NV実験ボードの中心には、対物レンズを通して窒素を添加したダイヤモンドに集光するグリーンレーザーが搭載されています。レーザーを照射すると、ダイヤモンドは赤色波長域の蛍光を発します。この蛍光は対物レンズで集光され、フィルタリングされた後、光ファイバーに結合されます。光ファイバーはquEDUに接続され、蛍光の解析を行うことができます。
試料には3つのダイヤモンドが含まれており、直動ステージによって位置調整が可能です。また、試料の近くにはマイクロ波アンテナが配置され、周囲には均一な磁場を発生させるコイルが設置されています。この磁場は3次元方向に制御することができます。
さらに、quEDUに内蔵されたパターンジェネレーターにより、レーザー照射、マイクロ波印加、信号読み出しのパルスシーケンスを高精度に制御でき、多様なスピン制御実験を実施できます。
- 試料：HPHTダイヤモンド 3個
- 励起光源：半導体レーザー（516 nm）、連続波（CW）およびパルス動作
- マイクロ波：4 GHz RF掃引発振器、連続波（CW）およびパルス動作
- 検出ユニット：quEDU（FC/PC光ファイバー2本で接続）
- 光学系：20倍対物レンズ、各種フィルター、光ファイバー結合
- 磁場：コイル3個、各±1.5 A
- 学生向け実験実習
- 講義での実演実験
- 科学センターでの体験型実験
- 学生研究センター向けプロジェクトキット
ED – 量子もつれデモンストレーター
ED – Entanglement Demonstrator
quADD-EDは、偏光もつれ光子対の生成と解析を行うための実験ボードです。高出力の紫外（UV）半導体レーザーを非線形結晶に集光し、エネルギー保存則と運動量保存則に基づいて、一部の励起光子をエネルギーの低い近赤外光子のペアに変換します。
偏光子などの光学素子を使用することで、さまざまな量子光学現象を実験的に観察できます。生成された近赤外光子は光ファイバーに結合され、quEDUに搭載されたアバランシェフォトダイオード（APD）によって検出・測定されます。
また、実験ボードに光学素子を追加したり、光ファイバーを介して外部の光学素子を接続したりすることで、実験機能を拡張できます。
- 量子もつれを体験的に学習
- 使いやすいオールインワンシステム
- アドオンによる実験機能の拡張
- 学生向け実験実習
- ベルの不等式の破れの検証
- 予告型単一光子源
アドオン – ED-MI – マイケルソン干渉計
一般的に、干渉は波動特有の現象と考えられています。しかし興味深いことに、単一の量子粒子でも干渉が生じます。quADD-EDとquADDON-MI マイケルソン干渉計を組み合わせることで、この現象を実験的に確認できます。
波長810 nmの光子は、装置左上の偏波保持光ファイバーから出射されます。光子はコリメートされた後、ビームスプリッターに入射します。ビームスプリッターから分岐した各光路には、偏光子を挿入できる構造になっています。また、ステッピングモーターによって装置下部のガラスウェッジを移動させ、干渉計の一方の光路長を変化させることができます。
ビームスプリッターを通過した光子は、再びシングルモード光ファイバーに結合され、quEDUに搭載されたアバランシェフォトダイオード（APD）検出器へ導くことができます。
アドオン – ED-HOM – ホン＝オウ＝マンデル効果
区別できない2つの光子が、それぞれビームスプリッターの異なる入力ポートに入射すると、2つの光子は同じ出力ポートから一緒に出射されます。これは、強い光では実証できない量子特有の現象ですが、このアドオンを使用することで、ホン＝オウ＝マンデル効果を実験的に確認できます。
アドオン – ED-TOM – 量子状態トモグラフィー
quED-TOMは、単一光子量子ビット、またはquED光源で生成される2量子ビットの量子もつれ状態・非もつれ状態について、そのすべての特性を表す量子状態の密度行列を完全に決定できる装置です。
量子力学的な状態は、1回の測定だけでは決定できません。しかし、SPDC（自発パラメトリック下方変換）光源などを用いて、同じ条件で準備された量子状態の集団を生成することで、量子状態を完全に決定する手法を適用できます。この手法により、量子状態を表す密度行列を求めることが可能になります。
※上記以外にも各種アドオンをご用意しています。その他のアドオンについては、お問い合わせください。
BB – ブリックボード
BB – Brick Board
- 光子実験用プラットフォーム
- 豊富な種類の光学トークン
- 自由度の高い実験構成
- QuantenkofferのquBrickトークン