京大ら,刻々と変化する量子状態を精度よく推定

京都大学と大阪大学の研究グループは,時間的に変化する量子状態を推定できる「連続適応量子状態推定」を提案,シミュレーションおよび実験で,物理学の限界の精度で推定できることを実証した(ニュースリリース)。

「量子」は古典力学的な「粒」とは異なり,異なる状態の「重ね合わせ」状態をとる。それらの量子を1回測定すると,それら異なる状態の何れかとして検出されるため,1回の測定では,どのような「重ね合わせ状態」にあるかを知ることはできない。そのため,できるだけ少ない個数のサンプルにより,正確にその量子状態を推定することは非常に重要だが,従来手法では最適な推定は実現できていなかった。

以前,研究グループは,この問題に対して,量子1つ1つの計測結果に応じて毎回「測定方法」を最適化する適応的な推定方法(適応量子状態推定)を,光子を用いた実験で実証したが,対象は時間的に変化しない特殊な量子状態に限られており,通常推定の対象となる,時々刻々と変化する量子状態には用いることができなかった。

研究ではまず,従来の適応量子状態推定を拡張し,時間的に変化する量子状態を計測可能なアルゴリズムを考案した。適応量子状態推定では,過去の光子の測定結果を全て記録しその全ての情報から次の光子の最適な測定手法を決定する。しかしこれでは,古い記録にひきずられてしまい,時間的に変化する量子状態を正しく推定することができない。

そこで今回,より直近に測定された光子の情報のみを用いるようにアルゴリズムを改良することで,この問題の解決を試みた。提案手法の有効性を確認するために,シミュレーションと実験を行なった。直線偏光をもった入力光子の偏光角度を時間的に変化させ,その偏光角度を推定した。

従来の適応量子状態推定では,変化に追従することができず,徐々に推定した偏光角度と真の偏光角度の間の違いが大きくなっていくのに対し,連続適応量子状態推定では,変化に追従できることが確認できた。さらに,推定に用いた光子の数に対する理論的な測定精度限界に到達することを実証した。

この研究成果を活用することで,より少ない個数のサンプルで,正確に量子状態を推定することができるため,微弱な信号や,高速な現象を捉えることが可能になるという。

そのため,量子コンピューター内の量子ビットの時間的な変化や,量子暗号の通信路が量子ビットに与える影響の時間的な変化を高速/高精度に追跡することが期待される。さらに,生体分子等から発せられる限られた光子から,その状態を読み解くことができるようになることも期待されるとしている。

キーワード:

関連記事

  • 本研究での推定対象である光共振器

    理研と東大など、光の量子状態スムージングを実証 推定精度を向上

    理化学研究所と東京大学などの国際共同研究グループは、ある時点以前と以後の観測記録を組み合わせ、光の量子状態の変化を推定する「量子状態スムージング」を実証した(ニュースリリース)。従来手法に比べ、光の量子状態をより正確に推…

    2026.11.02
  • 量子のイメージ

    量子コンピューターの最前線を解説 Photonics Innovation 2026 プレイベントを開催

    オプトロニクス社は、11月4日(水)16時~17時、法政大学 情報科学部教授の川畑史郎氏を講師に迎え、無料ウェビナー「量子コンピュータの最先端とビジネス展望:誤り耐性量子コンピュータの時代へ」を開催する。本ウェビナーは1…

    2026.10.29
  • 核融合・光電融合・量子・宇宙、次世代成長市場の技術が集結 Photonics Innovation 2026開催

    次世代エネルギーとして期待される核融合、AIインフラの進化を支える光電融合、実用化に向けた開発が進む量子コンピューター、そして民間企業の参入が相次ぐ宇宙ビジネス。いずれも将来の成長市場として投資家の関心を集める分野であり…

    2026.10.28
  • 富士通、米ニューメキシコ州と量子コンピューティング研究センター拠点を設立へ 

    富士通は、量子コンピューティング研究センターの設立に向けて米ニューメキシコ州と協業を開始したと発表した(ニュースリリース)。量子コンピューティング分野のハードウェア、ソフトウェア、アルゴリズム、理論にわたる先端研究を進め…

    2026.10.09
  • 中華電信と富士通、1FINITY、台湾のAPN拡大と量子技術活用で協業

    台湾の中華電信、富士通、1FINITYは、台湾におけるオールフォトニクス・ネットワーク(APN)の活用範囲のさらなる拡大と、量子技術の活用に向けた共同検討を目的に、2年間の戦略的パートナーシップに合意した(ニュースリリー…

    2026.07.24

新着ニュース

人気記事

編集部おすすめ

  • オプトキャリア