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大規模・汎用量子計算を実行できる量子もつれの生成に成功

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October, 21, 2019, 東京--東京大学大学院工学系研究科のアサバナント ワリット博士課程大学院生と古澤明教授らは、ゲート方式とは異なる一方向量子計算方式に着目し、あらゆる量子計算のパターンを重ねあわせた状態である汎用的な量子もつれ(2次元クラスタ状態)を世界で初めて生成することに成功した。2次元クラスタ状態を用意することができれば、それを構成する各量子ビットを測定するだけでどのような量子計算も行えるため、前述したゲート方式のような量子ビット間の配線は必要ない。
 今回、大規模な2次元クラスタ状態を実現するため、独自の時間領域多重方式を用いて大規模な2次元クラスタ状態を少数の光学素子で生成する新しいシステムをデザイン・構築し、実験的に状態の生成と検証を行った。それに加えて、このシステムから生成された2次元クラスタ状態を利用して効率的に計算を行う方法も理論的に考案した。これにより、現在主流のゲート方式における配線の問題を回避し、量子計算の規模を従来よりも飛躍的に拡大できる突破口が明らかになり、実用的な量子コンピュータへの新たな道が開けた。
 量子コンピュータは幅広い分野での応用が期待され、実現に向けて世界各国で開発が進められている。現在主流の開発方式はゲート方式と呼ばれ、まず量子ビットを一個ずつ作製し、それらを組み合わせて計算するために量子ビットの間を配線した上で、量子操作を順に行いながら計算を実行する。実際に、ゲート方式に基づいて、超伝導回路やイオントラップを用いた量子コンピュータ開発が進められている。しかし、この方式では量子ビットの数が増えれば増えるほど、量子ビット間の配線が複雑化されていくことがボトルネックとなっており、大規模化へ技術的な限界が見え始めつつある。

(詳細は、http://www.t.u-tokyo.ac.jp)