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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

May, 21, 2019, 東京--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。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」方式を発表した。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の基本構造を開発した。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った。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。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」の実現へとつながる。

研究成果は、Science Advancesに掲載された。
(詳細は、http://www.t.u-tokyo.ac.jp/)