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フォトンに電子のような振る舞いを教える

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March, 13, 2020, Stanford--スタンフォードの研究者によると、量子コンピュータのような先進技術を開発するためには、研究者は、電子を制御するように光の基本粒子、フォトンを正確に制御する方法を見つける必要がある。

残念なことに、フォトンは、電子よりも制御が難しい。電子は、子どもでも理解できるようなある種の磁気のような単純な力に反応する。

しかし、スタンフォード大学をリーダーとするチームは、フォトンを精密制御できる擬似的磁気力を実現した。いずれ、この制御メカニズムを使って、光ファイバケーブルでより多くのデータを伝送できるようになる。将来的には、この発見は、電子チップよりも遙かに大きな計算力をもたらす光ベースのチップ実現につながる。「われわれが達成したことは、非常に斬新であり、その可能性の具現化が始まったばかりである」とScienceに発表された論文の筆頭著者、ポスドク研究者、Avik Duttはコメントしている。

実質的に、研究者は、フォトンを騙して、荷電電子のように振る舞わせた。フォトンは、本質的に非磁性である。研究チームは、注意深く設計した迷路にフォトンを送ることでこれを成し遂げた。光粒子の振る舞いは、研究者が「合成」または「人工」磁界と呼ぶもので動かされているかのようだった。

「われわれは、フォトンを予測可能な、また役に立つ方法にすることができる磁力を作る構造を設計した」と電気工学教授、Shanhui Fanはコメントしている。
 まだ実験段階ではあるが、これらの構造は、既存のコンピューティングモードの進歩を示すものである。情報の蓄積は、粒子の可変状態制御に関する全てである。今日、研究者は、チップで電子をON/OFFスイッチングしてデジタル0sと1sを作ることで、そうしている。フォトンの色(エネルギー準位)とスピン(時計回りか、反時計回りか)の間の相互作用を制御するために磁気を使うチップは、単純なON/OFF電子よりももっと多くの可変状態を創りだす。その能力により、研究者は、フォトンベースのデバイスで、今日の電子チップよりも、遙かに多くのデータを処理、蓄積、伝送できる

これら磁気効果が生ずるようにフォトンを近接させるために、研究チームはレーザ、光ファイバケーブル、他の市販科学装置を利用した。これらのテーブルトップ構造の構築したことで、研究チームは、発見した効果の背後にある設計原理を推定することができた。最終的に、チームは、チップを作るためにこれらの同じ原理を利用するナノスケール構造を実現しなければならない。とりあえず、「われわれは、光を制御する比較的シンプルな新しいメカニズムを発見した」とFanは話している。
(詳細は、https://engineering.stanford.edu)