東大ら,大規模光量子コンピュータの基幹技術開発

日本電信電話(NTT),東京大学,理化学研究所は,ラックサイズの大規模光量子コンピューター実現の基幹技術である,光ファイバー結合型量子光源(スクィーズド光源)を開発した(ニュースリリース)。

量子コンピューターは,重ね合わせ状態と量子もつれ状態という量子力学特有の現象を利用した超並列計算処理が可能なことから,世界各国で研究開発が進められている。

さまざまな方式の中でも,光の量子である光子を用いて計算する光量子コンピューターは,他の方式で必要とされる冷凍・真空装置が不要で,時間的に連続的な量子もつれ状態を作ることで,集積化や装置の並列化なしに量子ビット数をほぼ無限に増すことができるという利点がある。

加えて,光の広帯域性を生かした高速な計算処理も可能。さらに,1つの光子で量子ビットを表すのではなく,多数の光子で量子ビットを表す手法を用いれば,光子数の偶奇性を用いた量子誤り訂正ができることも理論的に示されている。

この方式は光通信技術とも親和性が高く,通信波長帯の低損失な光ファイバーや光通信で培われた高機能な光デバイスを用いることができ,実機構築に向けた飛躍的な発展が期待されている。

しかし,この光量子コンピューターにおいて量子性の源となるスクィーズド光は生成が難しく,これまで光通信波長帯で動作する光ファイバー結合型の高性能な量子光源が存在しなかった。スクィーズド光は偶数個の光子流であり,かつ量子ノイズが圧搾された特殊な状態の光で,量子もつれ状態生成の源となる。

また,光子数の偶奇性を利用することで量子誤り訂正が可能になることから,スクィーズド光は量子誤り訂正においても極めて重要な役割を担う。これらの実現には多光子成分においても偶数性を保ち,高い量子ノイズ圧搾率を有する光が必要。例えば大規模量子計算を実行できる時間領域多重の量子もつれ(2次元クラスター状態)の生成には,65%を超える量子ノイズ圧搾率が求められる。

今回,光通信波長で動作する低損失な光ファイバ接続型量子光源モジュール(光パラメトリック増幅モジュール)を新たにに開発し,光ファイバー部品に閉じた系で,6THz以上の広帯域にわたって量子ノイズが75%以上圧搾された連続波のスクィーズド光の生成に世界で初めて成功した。

これは光量子コンピューターにおける基幹デバイスが,光の広帯域性を保ったまま光ファイバーと相互接続性のある形で実現できたことを意味する。研究グループはこの成果により,安定的かつメンテナンスフリーな,ラックサイズの光量子コンピューター開発が可能となるとしている。

キーワード:

関連記事

  • 阪大など、ナノダイヤモンドの高圧選別に成功 高感度センサーへの応用に期待 

    大阪大学、ダイセル、立命館大学は、欲しい波長で光るナノダイヤモンドだけを光の圧力(光圧)で選別することに初めて成功した(ニュースリリース)。 ダイヤモンドの色中心と呼ばれる構造が注目されている。これは透明なダイヤモンドに…

    2026.04.03
  • 東大、量子状態が分からなくても取り出せるエネルギーを評価

    東京大学の研究グループは、物質の最小の構成要素である量子に対して成り立つ熱力学の枠組みで、与えられた量子状態の詳細に一切依存せず、最適な仕事の取り出し性能を達成する単一の熱力学的な操作が存在することを証明した(ニュースリ…

    2026.03.05
  • 理研と東京大、光量子コンピュータの誤り耐性を証明

    理化学研究所と東京大学は、光を用いた量子コンピューターで「誤りに強い計算」が可能であることを示した(ニュースリリース)。 量子コンピューターを実現するためのハードウェアとして、さまざまな物理系が候補に挙がっているが、光は…

    2026.02.27
  • 宇都宮大など、量子コンピューターを用いて高精度原子核構造計算を実現

    宇都宮大学、東京大学、理研仁科加速器科学センターは、理研に設置されているQuantinuum社製イオントラップ型量子コンピューター「黎明」を用いて、酸素・カルシウム・ニッケル同位体の高精度な基底状態推定を実現した(ニュー…

    2026.02.27
  • 産総研ら,量子コンピューター参入促進へ報告書公開

    産業技術総合研究所(産総研),理化学研究所,日本電気,富士通は,大規模量子コンピューターシステムに向けた俯瞰図・ロードマップの策定の第一報として,超伝導方式のサプライチェーンに関わる技術報告書を公開した(ニュースリリース…

    2025.09.25

新着ニュース

人気記事

編集部おすすめ

  • オプトキャリア