量子光学・量子情報
光は古典的には電磁波の一種ですが，その性質は量子力学によって，より正しく記述されます．実際，古典電磁気学では説明のつかない不思議な現象が観測されています．例えば光は波であると同時に粒子(光子)としての性質を持ち，特に光子のレベルでは非古典的な現象が顕著に現れます．近年，光や物質の量子力学的性質を利用した量子情報処理技術が精力的に研究されており，特に光の場合には情報通信への応用，中でも量子暗号通信などの研究が盛んになっています．また，光の量子的性質の研究は応用だけでなく，量子力学自体の研究の舞台としても，重要な意味があります．特に光子は量子力学的性質が壊れにくく，例えば量子的状態を表現する密度行列ですら測定可能です．
自発的パラメトリック下方変換
によって発生した光子対
光の非古典的な性質にはいろいろありますが，典型的な例は量子絡み合い状態にある光子対に見られます．量子絡み合い状態(entangled state)は，アインシュタインらが量子力学の不完全性を主張した(EPRパラドックス)際に引き合いに出された状態ですが，現在では，多くの実験事実がその存在を証明しています．
右の図は，量子絡み合い状態にある光子対を発生させる典型的な方法である，自発的パラメトリック下方変換から出射される光（光子束）のパターンです．上の円は鉛直偏向（V）の光，下の円は水平偏向（H）の光に対応し，例えば緑の●で光子対が検出された時には，上の光子はV，下の光子はHと確定しています．しかし，２つの円が交差する赤の●で光子対が検出された場合には，どちらの光子もVともHとも言えない状態にあります．光子の１つは必ず水平偏向であり，もう１つは必ず鉛直偏向ですから，赤の状態では，「左がVで右がH」と「左がHで右がV」の２つの可能性があります．左右どちらかの光子の偏向を測れば，この２つの可能性のどちらかに確定しますが，測定する前にはどちらとも決まっていません．このような状態を量子絡み合い状態と呼びます．
本研究室では，光の量子力学(量子光学)や量子情報処理に関する，
・非古典的な光を用いた高精度位相測定の理論
・原子との相互作用を用いた単一光子非線形と量子ゲートの理論
・量子力学的な弱い測定（共同研究先のページが開きます）
・光子の横方向運動量を用いた量子ビットの生成とその制御
などの研究を進めています．