量子を数える 量子コンピュータの要素技术を応用してマイクロ波の量子的振る舞いを定量化
ハイブリッド量子技术を用いた量子センサーの概略図
伝搬するマイクロ波光子の数を直接観测することは困难です。本研究では、超伝导量子ビット素子を用いて、伝搬するマイクロ波光子数分布を计测しました。
© 2017 中村 泰信
東京大学先端科学技术研究センターの中村泰信教授および田渕豊助教らの研究グループは、理化学研究所創発物性科学研究センターとの共同研究により、磁石の中に生じた集団スピン運動のエネルギー量子である「マグノン」の数を一個単位で観測することに世界で初めて成功しました。
これまで磁石（强磁性体）中の集団スピン运动を単一量子レベルで定量的に评価する技术はありませんでした。研究グループは量子コンピュータの要素技术として注目されている超伝导回路上の量子ビット素子（量子情报の最小単位）を超高感度な検出器として用い、球状の强磁性体単结晶试料中に励起されたマグノンを计数し、その分布を明らかにしました。同様の技术を用いて中村教授および东京大学大学院工学系研究科物理工学専攻の河野信吾大学院生らの研究グループは、导波路中を伝搬するマイクロ波光子も计数し、その量子力学的な分布を観测することに成功しました。
この研究成果により、超伝导量子ビット素子とマグノンを量子力学的な状态を保ったまま组み合わせるハイブリッド量子技术を用いることで、超伝导量子ビット素子が物质の量子力学的な振る舞いに対する新しい検出器となりうることを示しました。今后、超伝导量子ビット素子を他の物理系と融合させたハイブリッド量子系を実现することにより新しいセンサー技术の开発への応用が期待され、量子コンピュータ、量子通信、量子暗号など量子情报処理技术の深化につながると考えています。
「今回确立した技术は、超伝导量子回路上の量子ビット素子を用いたハイブリッド量子系の量子センサーという応用先を开拓しました」と中村教授は话します。「同様の技术を用いて、回路上を伝搬するマイクロ波光子数の分布を计测することにも成功しました」と続けます。また、「超伝导量子ビット素子と様々な物理系とが融合したハイブリッド量子技术の発展のためにも、より一层量子コンピュータの研究开発に力が入ります」と田渕助教は期待を寄せます。
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论文情报
, "Nonclassical Photon Number Distribution in a Superconducting Cavity under a Squeezed Drive", Physical Review Letters Online Edition: 2017/07/13 (Japan time), doi:10.1103/PhysRevLett.119.023602.
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