横国大,ダイヤ中でエラー耐性量子演算処理に成功

横浜国立大学の研究グループは,ダイヤモンド中の窒素空孔中心(NV中心)にある電子や核子のスピンを量子ビットとして用い,室温の完全無磁場下で,操作エラーや環境ノイズに耐性を持ち自在に多量子操作ができる万能な量子ゲート操作に世界で初めて成功した(ニュースリリース)。

研究では,磁場を完全に排除し,エネルギー差のない上向きと下向きのスピンを量子ビットとして用いた。エネルギー差がないため操作が困難になるのと引き換えに,操作エラーや環境ノイズに対する耐性が得られる。

研究グループは,NV中心にあるエネルギー差のないスピン量子ビットに,2本の直交したワイヤーから「偏光したマイクロ波」を印加して幾何学的に量子操作することを提案し,量子ゲート操作の実験に成功した。

量子コンピューターや量子暗号通信の実現には量子ビットの脆弱性の克服が課題だったが,ダイヤモンド中のNV中心に存在するスピン量子ビットは,操作の正確性や情報保持時間の観点で有望視されていた。この研究では,これまでの量子ビットとは異なり,エネルギー差がない2つのスピン状態を量子ビットとして用いた独自の量子ゲート操作技術を開発した。

「幾何学量子ビット」と名付けたこのスピン量子ビット操作手法は,課題であったエラーを排除し,操作精度の限界を実質上なくすことができ,偏光マイクロ波を用いることで量子情報処理において必要とされる万能な多量子ゲート操作を任意の精度で実行する手法を提供するもの。

室温で動作する万能量子コンピューターや量子シミュレーター,これらを量子暗号通信でネットワーク接続するために不可欠な量子中継や量子センシング,量子計測,IoTセキュリティーデバイスなど,あらゆる量子情報素子の実現へ道を拓くものだとしている。

研究グループは今後,この技術をさらに高精度化することにより,量子テレポーテーション転写や量子もつれ測定などの発展的な量子情報技術の実証,量子暗号通信やその量子中継などの応用を進めていく。

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