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June 29, 2009

量子中継技術の実現への一里塚

半導体量子メモリーで世界最長のコヒーレンス時間を達成~ 量子中継技術の実現への一里塚 ~

情報・システム研究機構国立情報学研究所(以下「NII」という。所長:坂内 正夫)の山本 喜久教授とそのグループは、独立行政法人情報通信研究機構(理事長:宮原 秀夫)の委託を受け、量子中継技術の中核となる半導体量子メモリー(電子スピン)で世界最長のコヒーレンス時間*1を達成することに成功しました。本技術の開発により、量子メモリーに必要なゲート動作(従来比7000倍)を行うことができるようになりました。これにより、更に長寿命の半導体原子核スピンへの量子情報の転写が可能となります。 量子中継技術が実用化されれば、地球規模の量子暗号網が実現されるものと期待されており、今回の成果は、量子中継*2システムの実現に向けた重要な一里塚となるものです。
こりゃ、いくつめの一里塚だ(^_^;)? と思いつつも、取り上げてします。
【今回の成果】 1ナノ秒という極めて短い電子スピン*3のコヒーレンス時間は、半導体を組成するGaAs結晶のGaとAsの原子核スピン*3が時間的にゆらぎ、そのために発生する結晶内の磁場ゆらぎにその原因があることが最近の理論研究の結果、分かってきました。このような磁場ゆらぎによる電子スピンの高速デコヒーレンスを克服する手段として、NII研究グループは、今回光パルススピンエコーという新しい手法を開発し、電子スピンのコヒーレンス時間を7000倍も延ばし、7マイクロ秒という世界最長のコヒーレンス時間を達成することに成功しました。 また、光パルスを用いた電子スピンの任意の1量子ビット操作は、10ピコ秒の時間で完了することがすでにNII研究グループにより実証されているので[Nature Physics 4, 780.(2008)]、今回の成果を合わせると、電子スピンのコヒーレンス時間内に約7×105回もの量子ビット演算を施すことが可能です。これにより、量子中継システムで、量子メモリーとして十分なコヒーレンス時間とゲート操作時間を持つことが実証され、量子中継技術を実現する上での最大の障害(光通信網とインターフェースの取れる長寿命の量子メモリーの開発)が克服されたことになります。
最大の障害が解消されたと。

次回は期待してもいいですね、NIIさんっ!

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