宇大ら,光による量子もつれ状態の生成過程を解明

宇都宮大学と東北大学は,光を利用した量子もつれ状態の生成に関する新しい理論を見出した(ニュースリリース)。

近年になって量子コンピュータ・量子暗号といった量子情報科学の研究が進むとともに,量子もつれ状態の果たす役割に注目が集まっている。

また,量子もつれ状態は物質中に自然に存在しており,物質の状態を決める重要な要素であることがわかってきた。物質が示す多彩な性質(物性)を制御する際には,こうした量子もつれ状態が光などの外部からの刺激によってどのように変化するかが鍵となる。

物質中に普通に存在する量子もつれ状態も,十分離れたところにある物質の間には存在しないと考えられている。しかし,これらに対してフェムト秒レーザーを照射することにより,光が媒介する量子もつれ状態が現れることが,スーパーコンピュータを用いた大規模数値計算によってわかった。

また,物質中の格子振動(フォノン)間に量子もつれを生成されることにより,電子間よりも大きな量子もつれを生成させることが可能なことも示された。量子情報理論を用いることによってこうした状態の詳細が理解されるという。さらに,量子もつれ生成現象は,フェムト秒分光と呼ばれる実験手法によって観測可能であることを,理論計算によって示した。

この原理を利用して物質内に元来存在する量子もつれ状態を制御することによって,新たな機能を持った物質の創成へと繋がることも期待されるという。また,光の量子状態を変えることによる新たな物性制御の方法へと発展することも考えられ,今後は光の量子性と物性との関連が重要な視点となっていくことが期待される。

さらに,この結果は量子もつれの「貯蔵庫」としてフォノンが有効であることを示していることから,研究グループでは将来的にはこの原理を利用した量子メモリの実現も考えられるとしている。

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