重要な量子コンピューティング要素の研究が進行

Tiffany Trader

魅惑と困惑は等価な部品であり、量子コンピューティングの分野は前進を作り続けている。2つのエキサイティングな開発は、Natureの現在の号中で述べられていて、ひとつはHarvard大学とMITの研究者との間の共同研究であり、他はドイツの量子光学のMax Planck研究所からである。1の最新号で説明されています。彼らの研究は、量子コンピューティングを可能にする基本的な構成要素に関するものである。

Popular Mechanicsで纏めたように、科学者たちは古典的なコンピューティングシステムの2つの重要な要素であるスイッチと論理ゲートの量子バージョンを作成するために、原子や光の粒子(光子)を組み合わせる方法を考え出した。

量子コンピューティングは、長い間、コンピューティングの究極の目標と考えられてきた。粒子の重ね合わせや不気味な遠隔行動のこの奇怪な世界は、先例のない種類のコンピューティング作業のドアの鍵を開けることを約束する。暗号化のキラーアプリケーションを超えて、一見不思議なあらゆるものは、このような宇宙そのもののシミュレーションなどが可能になる。

その中核には、すべての現代のコンピュータは、データとルールを伴う。古典的なコンピューティングでは、データの最小単位は0または1として表されるbitである。量子コンピューティングでは、bitはq-bitになり、ちょうど2つの状態を表すことができるものに代わり、複数の状態で存在することができる。 この現象が「重ね合わせ」と呼ばれるように、多くの情報が非常に小さな空間で作用することを可能にし、非常に速いスーパーコンピュータのための舞台を設定する。

重ね合わせの状態は、脆いが、作り出すように導かなくてはならない。「この時点で、非常に小規模な量子コンピュータが既に存在しています。」とHarvard大学の研究チーム長、Mikhail Lukinは言う。「私たちは、おおよそ最大1ダースのqubitまで、一緒にリンクすることが出来ています。しかし、このコミュニティが直面する主な課題は、より多くのqubitが含まれるように、これらのシステムを拡大させることです。」

新しい量子論理ゲートとスイッチは、捕らえたルビジウム原子と光子を使用して、粒子を接続する新たな方法を導入している。Harvard大学とMITの科学者たちは、ひとつの光子とひとつのルビジウム原子を組み合わせることによりスイッチを作成し、他の粒子の量子状態を切り替えるために原子と光子の両方を可能にした。励起状態が基底状態から移動することができるようになることで、原子-光子結合は古典的なコンピューティングシステムのトランジスタのように情報を送信することができる。

ドイツの研究グループは、光子の運動または偏光の方向を変える量子ゲートを形成し、原子を捕らえるための鏡のようなシートやレーザーを用いた。ルビジウム原子が重ね合わせにあるときに、光子は鏡に入るか、入らないかの両方を行い、偏光の変化をするか、しないかの両方をとる。絡み合い交換と呼ばれる量子物理学の属性を介して、複数の光子が重ね合わせ情報を共有することができる。これら量子もつれ状態にある光子は、鏡に捕らえられたルビジウム原子から繰り返し反射するために行われ、論理ゲートの入力として機能する。

「Harvard/MITの実験は、量子非線形光学の傑作であり、量子光フィールドの制御のための多くの原子を超えた単一原子の優位性を印象的に論証しています。」とMax Planck研究所の量子光学の教授で彼の米国のカウンターパートから論文を読んでいる研究チームの一員であるGerhard Rempeは言う。 「フォトニック結晶共振器に組み合わせた原子のコヒーレント操作が突破口を構成し、私たち自身の仕事を補完します・・・誘電性ミラー共振器内の原子とともに。」