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世界最大の100万ビット量子計算実現の可能性が広がる

NTT、量子コンピュータ実現にむけ大規模量子もつれ生成手法を確立

2014年03月17日 18時06分更新

文● 行正和義

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量子コンピュータ

 NTTは、量子コンピュータの実現に向けた研究として、光格子内の100万個の原子に対して量子もつれを生成する新手法を世界で初めて確立した。

 量子コンピュータは、複数の状態が“あり得る”量子的な重ね合わせ状態を用いることで、通常の演算ではあらゆる状態をひとつひとつ計算するよりも超高速で答えを導き出すことが可能となっている。演算や通信のためには、ある量子ビットが別の量子ビットに相関をもつ量子もつれ状態を作り出すことが必要だが、均一で大量な量子的もつれ状態を作り出すのはこれまでの手法では困難とされていた。

量子もつれとは一度相関した原子がたとえ離れた場所にあってもその量子的な状態を維持するという不思議な現象

 NTT物性科学基礎研究所及びNTTセキュアプラットフォーム研究所は、冷却原子の研究技術・量子情報処理の研究技術を応用し、光格子内に束縛された原子約100万個を99%以上の一致度合いで1msの高速に生成することに成功した。

光格子はレーザーの干渉によって作り出された人工的な結晶で、原子を3次元的に配置することができる

 レーザー光の干渉によって作られる光格子には1辺100μmの3次元格子に100万個以上の原子を束縛することができ、そのふるまいは光格子時計としても利用できるレベルに研究が進んでいるが、量子もつれ状態を生成しようとすると量子的相関が生じてしまい、制御することが難しかった。今回の研究では、振動同期法とよばれる技術を用い、操作の際に生じる量子状態の共鳴遷移のうち、ある状態のみを取り出して同期させた。

光格子内の原子を量子もつれにすることはできるものの、測定によって余分な自由度が生じるため高精度な量子ビットにはできなかった

 量子もつれ状態が生成しても一定の確率でエラーが存在するが、複数の量子もつれ状態を同時にで制御することで量子ビットを拡張、同時に量子状態の測定(量子コンピュータにおいては計算)時にエラーを除去する方法も検討されており、100万ビットの量子計算を実現する可能性が大きく広がったとしている。

今回開発された手法では、余分な自由度が生じることを利用し、状態が遷移する振動を用いて量子状態を同期させるという

 研究では、具体的な実験装置の製作などと並行し、原子の個別測定への対応、3次元格子よりも測定が容易な2次元格子の検討などを進め、今後5年以内に1万ビット程度の測定型量子コンピュータを開発、3次元格子100万ビットの量子計算実現を目指すとしている。

光格子のクラスターを利用して、大規模ビットの量子計算が可能になるとしている
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