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「全光」で量子中継の原理検証実験に成功

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February, 6, 2019, 大阪--大阪大学大学院基礎工学研究科の山本俊教授、生田力三助教の研究グループおよび日本電信電話(NTT)の東浩司主任研究員(特別研究員)の研究グループは、大阪大学の井元信之名誉教授、富山大学の玉木潔教授、トロント大学のホイ・クウォン ロウ教授らと協力して、地球規模の量子ネットワークを光デバイスだけで実現する全光量子中継方式を採用することで、量子中継の原理検証実験に世界で初めて成功した。
 現在のインターネットを支えるのは、世界規模で敷設されている光ファイバネットワークだが、長距離通信を影で支えているのが中継器。このような通信デバイス全てを光デバイスだけで実現しようとする試みは全光ネットワーク構想と呼ばれ、低消費電力で高速インターネットを実現するのに有望とされている。このような全光ネットワークの量子版「全光量子ネットワーク」は、現在の中継器を、全光量子中継器に切り替えることで実現可能で、その結果実現される「量子インターネット」は、現在のインターネットの粋を超える、全く新しい数多くの応用を持つ。この全光量子中継は、従来の物質量子メモリに基づく量子中継とは一線を画す方式として2015年に理論提唱されたが、その方式は、量子力学特有の性質である「量子もつれ」によって初めて可能となる「時間反転」という、全く新しい原理に基づいていたため、この原理を実証することが、全光量子中継実現の要であり、量子インターネット実現の最初の大きな一歩とされていた。
 今回、山本教授らの研究グループは、NTT、富山大学、トロント大学の理論研究グループと協力し、この全光量子中継の中核のアイデア「時間反転」の実証に成功した。これにより、全光量子中継の原理は検証されたことになる。
 今回の成果により、全光量子中継実現に残された課題は、損失のない集積光学回路と量子もつれ光源の研究開発だけとなり、これらの光デバイス開発に基づく全光量子中継の実現、あるいはそれに基づく地球規模の全光量子インターネット実現に重要な道筋を示した。それと同時に、今回の実験は(全光方式だけでなく、物質量子メモリに基づく従来方式も含めた)全ての量子中継方式に共通して必要となる「適応ベル測定」の原理検証実験としても史上初で、全光方式が従来方式に比べ、実現性という観点で一歩リードしたことを示している。
 研究成果は、英国科学誌「Nature Communications」に、2019年1月28日(月)19時〔日本時間〕に掲載された。

(詳細は、http://www.ntt.co.jp)