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東大とJST、最小限の光回路でさまざまな光の量子もつれの効率的な合成に成功

発表日:2019年5月18日

最小限の光回路でさまざまな光の量子もつれを効率的に合成

―「究極の大規模光量子コンピュータ」の心臓部を実現―

●発表のポイント

◆2017年9月に発表した「究極の大規模光量子コンピュータ」方式(図1)の心臓部となる回路を開発し、計算原理の本質ともいえる量子もつれ(注1)合成動作を実現した。

◆最小限の回路を機能を切り替えながら繰り返し用いて、2、3個の光パルスの量子もつれや1000個以上の光パルスの量子もつれなど、さまざまな規模・種類の量子もつれ(注2、図2)の効率的な合成に成功した。

◆この回路を拡張すれば、1000ステップ以上の大規模な計算が実現可能となり、高い拡張性と汎用性を兼ね備えた「究極の大規模光量子コンピュータ」実現へつながることが期待される。

●発表概要:

量子コンピュータは、特定の計算を現代のスーパーコンピュータよりも圧倒的に短時間で解くことのできる新しい動作原理のコンピュータです。2017年9月に東京大学大学院工学系研究科の古澤明教授と武田俊太郎助教(当時)は、どれほど大規模な計算も最小規模の回路構成で効率よく実行できる「究極の大規模光量子コンピュータ」方式(図1)を発表しました。今回、同大学院工学系研究科の武田俊太郎特任講師は、高瀬寛大学院生(博士課程 1年生)、古澤明教授らと共に、「究極の大規模光量子コンピュータ」方式の心臓部である、機能切り替えが可能な量子テレポーテーション回路(注3、図3)の基本構造を開発しました。これにより、最小限の回路でさまざまな量子もつれの光パルスを自在に合成するという、効率的かつ汎用的な量子もつれ合成動作を実証しました。従来、量子もつれの光パルスを生成する場合、生成したい量子もつれの規模が大きくなると光回路も大きくなり、また量子もつれの種類が変わると光回路の構造を組み替える必要がありました(図4)。しかし、今回開発した光回路では、回路の規模や構造を一切変更することなく、回路の機能切り替えパターンを変更するだけで、2~3個の光パルスの量子もつれや1000個以上の光パルスの量子もつれなど、さまざまな規模および種類の量子もつれを合成することができました。この量子もつれの合成動作は、「究極の大規模光量子コンピュータ」方式での計算原理の本質ともいえる動作です。この回路を拡張すれば、1000ステップ以上さまざまな種類の計算が実行可能となり、高い拡張性と汎用性を兼ね備えた「究極の大規模光量子コンピュータ」の実現へとつながります。

本研究の一部は、科学技術振興機構(JST)戦略的創造研究推進事業(さきがけ)「量子の状態制御と機能化」(研究総括:伊藤 公平 慶應義塾大学 理工学部長/教授)における「プログラマブルなループ型光量子プロセッサの開発」(研究者:武田 俊太郎 東京大学大学院工学系研究科 特任講師)の支援のもとに行われました。また、本研究の一部は文部科学省ナノテクノロジープラットフォーム事業(分子・物質合成)により分子科学研究所装置開発室の技術支援を受けました。

※以下は添付リリースを参照

リリース本文中の「関連資料」は、こちらのURLからご覧ください。

添付リリース

https://release.nikkei.co.jp/attach_file/0509000_01.pdf

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