ブログ

May 27, 2023

光学効果により、原子量子ビットによる量子コンピューティングが新たな次元に進化

1 giugno 2023 Questo articolo

2023 年 6 月 1 日

この記事は、Science X の編集プロセスとポリシーに従ってレビューされています。 編集者は、コンテンツの信頼性を確保しながら、次の属性を強調しました。

事実確認済み

査読済みの出版物

信頼できる情報源

校正する

ダルムシュタット工科大学による

ダルムシュタットの物理学者たちは、実用的な量子コンピューターを構築する際の最大のハードルの 1 つを克服できる技術を開発しました。 ここでは、英国の写真の先駆者ウィリアム タルボットが 1836 年に発見した光学効果を利用しています。ダルムシュタット工科大学応用物理学研究所のマルテ シュロッサーとゲルハルト ビルクルが率いるチームは、この成功をジャーナル Physical Review Letters で発表しています。

量子コンピューターは、スーパーコンピューターよりもはるかに速く特定のタスクを解決できます。 しかし、これまでのところ、最大数百の「量子ビット」を備えたプロトタイプしか存在していません。 これらは量子コンピューティングにおける情報の基本単位であり、古典的なコンピューティングの「ビット」に相当します。 ただし、ビットとは異なり、量子ビットは 2 つの値「0」または「1」を順番に処理するのではなく同時に処理できるため、量子コンピューターは非常に多くの計算を並行して実行できます。

複雑なトラフィック フローの最適化などの実用的なアプリケーションには、数百万とは言わないまでも、数千の量子ビットを備えた量子コンピューターが必要になります。 しかし、量子ビットの追加にはレーザー出力などのリソースが消費されるため、これまで量子コンピューターの開発が妨げられてきました。 ダルムシュタットのチームは、追加のリソースを比例的に必要とせずに、光タルボット効果を使用して量子ビットの数を数百から1万以上に増やす方法を示しました。

量子ビットはさまざまな方法で実現できます。 たとえば、グーグルなどの巨大テクノロジー企業は、人工的に製造された超電導回路素子を使用している。 ただし、個々の原子もこの目的には優れています。 これらを目標を絞った方法で制御するには、単一原子量子ビットをチェス盤のように規則的な格子内に保持する必要があります。

物理学者は通常、これに規則的に配置された光点の「光格子」を使用します。これは、レーザービームが互いに交差するときに形成されます。 「量子ビットの数を特定の係数で増加させたい場合は、それに応じてレーザー出力も増加させる必要があります」とBirkl氏は説明します。

彼のチームは革新的な方法で光格子を製造しています。 彼らは、小さな光学レンズがチェス盤のように配置された爪ほどの大きさのガラス要素にレーザーを照射します。 各マイクロレンズはレーザービームのごく一部を束ね、それによって原子を保持できる焦点面を作成します。

現在、タルボット効果が上部で発生していますが、これまで迷惑だと考えられていました。焦点の層が等間隔で複数回繰り返されます。 いわゆる「セルフイメージ」が作られます。 したがって、2D の光格子は、3D では何倍もの光点をもつ光格子になります。 「私たちはそれを無料で入手します」と、この作品の筆頭著者であるマルテ・シュロッサーは言う。 彼は、このために追加のレーザー出力は必要ないことを意味します。

マイクロレンズの高い製造精度により、非常に規則的に配置された自己像が得られ、これを量子ビットに使用できます。 研究者らは実際に、追加の層に個々の原子をロードすることができました。 所定のレーザー出力を使用すると、そのような自由層が 16 個作成され、10,000 量子ビットを超える可能性があります。 シュロッサー氏によると、将来的には従来のレーザーを使用して出力を 4 倍にすることができるとのことです。

「マイクロレンズの分野は、より小さなレンズでより多くの焦点を作成するなどして、さらに最適化することもできます」とBirkl氏は説明します。 したがって、近い将来には 100,000 量子ビット以上が可能になるでしょう。 研究チームが示した量子ビット数の拡張性は、実用的な量子コンピューターの開発に向けた重要な一歩を表している。

シュロッサー氏は、この技術は量子コンピューターに限定されないことを強調する。 「私たちのプラットフォームは、高精度の光原子時計にも応用できる可能性があります。」 ダルムシュタットのチームは、新しい量子ビットプラットフォームのさらなる開発を計画しており、量子技術の分野でのさまざまな応用の可能性を想定しています。

詳しくは： Malte Schlosser et al、Scalable Multilayer Architecture of Assembled Single-Atom Qubit Arrays in a Three-Dimensional Talbot Tweezer Lattice、Physical Review Letters (2023)。 DOI: 10.1103/PhysRevLett.130.180601

雑誌情報:物理的なレビューレター

ダルムシュタット工科大学提供