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NTTと東大、光量子コンピュータチップ実現にむけた高性能量子光源の開発に成功

企業:NTT

発表日:2020年3月30日

光量子コンピュータチップ実現にむけた高性能量子光源の開発に成功

~室温動作可能な大規模・高速・汎用光量子計算の実現にむけて大きく前進~

日本電信電話株式会社(以下 NTT、代表取締役社長:澤田純、東京都千代田区)は、国立大学法人東京大学(以下 東京大学、総長:五神真、東京都文京区)と共同で、室温動作可能な将来の汎用光量子コンピュータチップに必須となる高性能な量子光源(スクィーズド光源)(※1)を実現しました。スクィーズド光とは量子ノイズ(※2)が圧縮された光で、これを用いることで量子もつれ(※3)を作ることができます。光量子コンピュータチップ実現には広い帯域と高い圧縮率を持った連続的なスクィーズド光が必要とされています。

スクィーズド光は非線形光学結晶(※4)に励起光を照射することで生成されます。従来手法の多くは、鏡を用いて結晶の中で光を往復させることで量子ノイズ圧縮率の高いスクィーズド光を生成していました。しかし、その帯域は構造上の理由から高々ギガヘルツオーダーに制限されていました。そこで、結晶中に光の通り道を作り、励起光が1回通過する間にスクィーズド光を生成する手法が広帯域なスクィーズド光源として期待されています。この手法ではギガヘルツの1000倍にあたるテラヘルツオーダーの帯域が期待できるものの、これまで連続的な光として報告されている量子ノイズ圧縮率は37%程度にとどまっていました。

今回、NTTで研究開発を進めてきた高性能な非線形光学結晶デバイスと東京大学の有する高度光制御・測定技術により、75%以上の量子ノイズ圧縮に成功し、本手法における世界最高値を更新しました。この値は、任意の量子計算を実行できる量子もつれ(2次元クラスター状態)(※5)の生成に必要となる65%を超える値です。また、得られたスクィーズド光はテラヘルツオーダーの帯域を有することが確認できました。これは飛行する光量子ビットの間隔をおよそ300ミクロン程度に短縮し、NTTが光通信応用に開発してきたような光学チップ上での光量子計算を可能にします。さらに計算のクロック周波数を上げることができることから、高速な量子コンピュータの実現も期待されます。

本成果は、2020年3月30日(米国時間)に米国科学誌「APL Photonics」に「Featured Article」として掲載されます。また、AIP(米国物理学協会)のハイライト(Scilight)に選ばれました。なお、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チーム型研究(CREST)の支援を受けて行われました。

*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/0531977_01.pdf

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