世界初、光ランダムアクセス量子メモリの原理実証に成功

横浜国立大学 大学院工学研究院／先端科学高等研究院の関口 雄平 助教、小坂 英男 教授らは、ダイヤモンド中の窒素空孔中心（NV中心）からなるスピン量子ビットを、独自の手法で高空間分解能かつ高忠実度に制御することに成功しました。

従来の手法では、量子ビットとなる電子スピンおよび核スピンは、マイクロ波およびラジオ波によって量子制御されます。しかし、この手法では高忠実度の制御はできますが、空間分解能が低いため、集積化されたNV中心を個別に制御することはできませんでした。一方で、高い空間分解能を持つ光でスピン量子ビットを量子制御する手法も研究されてきましたが、低忠実度であることや、十分に高精度な制御ができないという問題がありました。

研究グループでは、光を量子ビットの選択的なアクティブ化、非アクティブ化のランダムアクセス制御に使用し、量子制御はマイクロ波およびラジオ波で行う新しい手法（光アドレス量子ゲート）を考案しました。これにより高空間分解能と高忠実度が両立できることを実験で実証しました。この成果は、ダイヤモンドを用いた大規模集積量子メモリおよび量子プロセッサのための中核技術として、量子コンピュータ、量子通信の飛躍的な性能向上に寄与し、量子インターネットの構築に道を拓きます。本研究成果は2022年7月28日（英国時間）に、Nature Researchが発行するNature Photonicsのオンライン版で公開されました。