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量子コンピュータ

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1: ◆SWAKITI9Dbwp @すわきちφφ ★ 2014/01/30(木) 10:55:49.27 ID:???

ダイヤモンドを用いて量子コンピュータの実現に不可欠な量子エラー訂正に成功
~量子情報デバイスの実用化・量子コンピューティングの実現に前進~

平成26年1月30日

国立大学法人 筑波大学
独立行政法人 日本原子力研究開発機構
独立行政法人 科学技術振興機構

ポイント
○室温での固体量子ビットの量子エラー訂正に世界で初めて成功
○量子コンピュータに必須の「エラー訂正」をしながら計算というエラー耐性を多量子ビットへ拡張可能
○実用的な固体量子情報デバイス開発への道を開く

量子情報は、環境からのノイズによってたやすく壊されてしまうため、量子エラー訂正なしには量子コンピューティングは実現しないと言われてきました。

国立大学法人 筑波大学(以下「筑波大学」という)磯谷 順一 名誉教授(筑波大学 知的コミュニティ基盤研究センター 前主幹研究員)、独立行政法人 日本原子力研究開発機構(以下「JAEA」という)量子ビーム応用研究部門 半導体耐放射線性研究グループ 大島 武 リーダーらは、ドイツとの共同研究により、室温での固体量子ビットの量子エラー訂正に世界で初めて成功しました。

ダイヤモンド中のカラーセンター注1)の1つであるNVセンター注2)の単一欠陥(単一分子に相当)を用いて、電子スピン注3)1個と核スピン3個からなるハイブリッド量子レジスタを作成しました。
これを用いて、室温動作の固体スピン量子ビットでは世界で初めて、量子エラー訂正のプロトコルの実証に成功したものです。
これは、量子情報デバイス、量子コンピューティングに必須の量子エラー訂正における大きなブレークスルーです。
この成果により、量子中継器など、実用的な固体量子情報デバイス開発、量子コンピュータの実現に向けて大きく前進しました。

本研究は科学技術振興機構(JST) 国際科学技術共同研究推進事業(戦略的国際共同研究プログラム)日独共同研究(ナノエレクトロニクス)「ダイヤモンドの同位体エンジニアリングによる量子コンピューティング」(日本側研究代表者:磯谷 順一 筑波大学 名誉教授、ドイツ側研究代表者:ウルム大学 Fedor Jelezko 教授)の一環として行われました。
本研究成果は「NATURE誌」2014年1月29付け掲載されます。

(詳細はリンク先をご覧ください)

JSTプレスリリース
http://www.jst.go.jp/pr/announce/20140130/index.html

【画像1】
http://www.jst.go.jp/pr/announce/20140130/icons/zu1.gif
図1 ダイヤモンド中のNVセンターの構造とエネルギー準位
NVセンターは、炭素を置換した窒素と隣接する格子位置の原子空孔とのペアーで電荷-1、電子スピンS=1をもちます。

有機色素なみに光を強く吸収し、赤色の蛍光を強く発光しますので、励起レーザー光(緑色)の焦点を小さなスポット(径~300nm)に絞り、その位置からの蛍光のみを観測できる共焦点顕微鏡を用いると室温で単一欠陥を観測することができます。
蛍光強度がスピン副準位(Ms=0,±1)に依存することを用いて、単一欠陥の単一電子スピンについてMs=0であるかMs=±1であるかを読み出すことができます。
光をあてることにより、室温でMs=0の状態にすることができます(光による初期化)。

【画像2】
http://www.jst.go.jp/pr/announce/20140130/icons/zu2.jpg
図2 ダイヤモンドの電子線照射・熱処理によるNVセンター作製
写真は住友電工が合成した天然存在比の結晶。

【画像3】
http://www.jst.go.jp/pr/announce/20140130/icons/zu3.gif
図3 ダイヤモンド中のNVセンターを用いた量子情報保持時間の長い核スピンと高速な量子操作・光による読み出しが可能な電子スピンを組み合わせたハイブリッド量子レジスタ電子スピンの初期化やスピンの読み出しには光を用います(蛍光の捕集効率を高めるためにソリッド・イマージョンレンズを用いました)。

核スピンの初期化には電子スピンとのSWAPゲートを用い、シングル・ショット読み出しで確認します。
スピンの量子操作には、周波数を選んだ(あるいは異なる周波数を組み合わせた)マイクロ波パルス、ラジオ波パルスをダイヤモンド表面に作成したコプレナー導波路を用いて外から加えます。
ハイブリッド量子レジスタはサブナノスケールの大きさです。高磁場(~620mT)を用いました。
Nature
http://www.nature.com/nature/journal/vaop/ncurrent/full/nature12919.html
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ダイヤモンドを用いて量子コンピュータの実現に不可欠な量子エラー訂正に成功…筑波大学などの続きを読む

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1: ドラゴンスープレックス(catv?) 2014/01/03(金) 23:56:22.36 ID:Ioll1KbG0 BE:3667243379-PLT(12330) ポイント特典

"NSA seeks to build quantum computer that could crack most types of encryption"
http://www.washingtonpost.com/world/national-security/nsa-seeks-to-build-quantum-computer-that-could-crack-most-types-of-encryption/2014/01/02/8fff297e-7195-11e3-8def-a33011492df2_story.html

In room-size metal boxes -secure against electromagnetic leaks, the National Security
Agency is racing to build a computer that could break nearly every kind of encryption used
to protect banking, medical, business and government records around the world.

According to documents provided by former NSA contractor Edward Snowden, the effort to
build “a cryptologically useful quantum computer” ? a machine exponentially faster than
classical computers ? is part of a $79.7 million research program titled “Penetrating Har
Targets.” Much of the work is hosted under classified contracts at a laboratory in
College Park, Md.

↓計画の詳細説明はココ
http://apps.washingtonpost.com/g/page/world/a-description-of-the-penetrating-hard-targets-project/691/

http://cryptome.org/2014/01/nsa-quantum-computer.pdf
8



【脅威の素因数分解マシン】 NSA、暗号解読するための量子コンプーターに本腰 - 83億円投入、アルカイダ真っ青の続きを読む

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1: バックドロップホールド(家) 2014/01/01(水) 06:29:51.73 ID:mlLYi8Y9P BE:647314733-PLT(22223) ポイント特典

http://www.nikkan.co.jp/news/nkx0720140101eaaa.html
最近になって量子コンピューターの実現性が一気に高まってきた。

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スーパーコンピューターが何百年もかかって解くような問題を、数秒で計算できるようになると期待されている。一方、自動運転車や医療・サービスロボットが現実になりつつあり、これらの技術を支える人工知能(AI)への量子コンピューターの応用を視野に入れた研究も始まった。まさにSF的な世界が目の前に迫っている。(政年佐貴恵)

量子コンピューターとは、量子物理学の原理を利用して計算を行う、次世代のコンピューターだ。量子コンピューターは「0であると同時に1」という重ね合わせの状態を表現できる。そのため並列処理が可能で、これまでにないほどの高速で計算できるという原理だ。では量子コンピューターの実現によって、何ができるようになるのか。

期待されているのは、スパコンでも計算に数十-数百年かかるような問題の高速計算だ。また最も期待されているのが「組み合わせ最適化問題」への利用。ある問題に対して複数の回答があり、どれが最適かを見つけ出すような問題だ。

例えば、たんぱく質の折り畳み機構の解明や無線通信における周波数割り当ての問題、カーナビゲーションシステムでリアルタイムに渋滞を避けるような経路の検索などがこれにあたる。このケースでは厳密には量子コンピューターではなく、量子力学の原理を利用してある条件を満たす状態を探す「量子シミュレーター」が使われる。


【画像】
NTT物性基礎研が開発を進める集積化量子光回路
http://www.nikkan.co.jp/news/images/nkx20140101eaaa.png



量子コンピューター、難問も数秒でSF世界現実にの続きを読む

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1: 伊勢うどんφ ★ 2013/11/19(火) 23:12:28.56 ID:???

 超高速の計算を可能にする「量子コンピューター」の実現に大きな前進となる技術を、古沢明東京大教授(量子光学)らが開発し、17日付の科学誌ネイチャーフォトニクス電子版に発表した。

 光の粒(光子)を計算に使うための「量子もつれ」と呼ばれる現象を、従来の千倍以上の規模で作り出すことに成功した。
古沢教授は「もつれの規模としては、実用レベルに達したと言える」と話している。

 量子もつれは、光子や微小な粒子で発生させることができる現象で、もつれの数が多いほど複雑な計算が可能になる。

1

2013/11/18 03:00【共同通信】
http://www.47news.jp/CN/201311/CN2013111701001616.html

Nature Photonics
Ultra-large-scale continuous-variable cluster states multiplexed in the time domain
http://www.nature.com/nphoton/journal/vaop/ncurrent/full/nphoton.2013.287.html



【物理】量子コンピュータ実現に向け大きな前進――超大規模量子もつれの作成に成功/東大の続きを読む

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1: ミッドナイトエクスプレス(京都府) 2013/09/27(金) 20:31:53.12 ID:4TwgVRlT0 BE:76143762-PLT(12201) ポイント特典

ライトセーバーが現実に? 「光の分子」形成に成功 米研究
ttp://www.cnn.co.jp/fringe/35037742.html
映画「スター・ウォーズ」に登場する光の剣「ライトセーバー」のような性質を持った光物質に関する研究が、科学誌サイエンスの今週号に掲載された。
米マサチューセッツ工科大学(MIT)とハーバード大学の研究チームは、光をくっ付けて分子を形成することに成功したと発表した。

光を構成する光子は、一般的な物質のように検知可能な質量は持たず、互いにくっつき合うこともない。レーザー光線を交差させれば光子は互いの間を突き抜ける。

しかし物理学者のミハイル・ルーキン氏らのチームが作り出した光粒子は、従来の光の挙動と異なり、ライトセーバーのような性質を持つという。

ルーキン氏らのチームは、金属の一種であるルビジウムの原子を真空空間に送り込み、ここで形成された金属の雲をレーザーで絶対零度に近いマイナス約268度まで冷却して、原子をほぼ静止状態にした。

この原子の雲に光子を照射すると、通常の光のように突き抜けることなく、一般的な物質と同じように原子に衝突。この過程で光子が減速し、互いにくっつき合って分子を構成した。

この研究はライトセーバーの実現には直結しないかもしれない。しかしルーキン氏は、量子コンピューターと呼ばれるスーパーコンピューターの開発に役立つ可能性があると解説している。
いずれは光の結晶を作り出すことも可能になるかもしれない。

この研究について極低温原子研究所の専門家は、これまで仮説の中にだけ存在していた光物質が現実に観測されたのは初めてだと指摘している。
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光物質の形成に成功。ゆくゆくは光の結晶や光の剣ライトセーバーを産み出すことも可能かの続きを読む

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1: エタ沈φ ★ 2013/09/04(水) 20:12:11.85 ID:???

東京工業大学(東工大)は9月3日、単一のYb原子を、99.997%の高い反射率をもつ2つの鏡の間にいれ、共振器QED効果を誘起することで、原子中の核スピンの状態を、高速かつ高効率で読み取ることに成功したと発表した。

同成果は同大大学院理工学研究科物性物理学専攻の上妻幹男教授らによるもの。詳細は「Physical Review A」に掲載された。

量子コンピュータの理想的な量子ビットとして、電子スピンに比べて、磁気モーメントの大きさが1/2000と小さく、迷走磁場の影響を受けにくく長時間、量子情報を保持することが可能な「核スピン」があげられる。しかし、その一方で、情報を高速、かつ高効率で読みだすことが難しいという課題もあった。

今回、研究グループは、「レーザー冷却」により、あらかじめYb原子の温度を10μKのオーダーにまで冷やした後、光定在波によって作り出される周期的なポテンシャルの中に単一のYb原子をのせ、ベルトコンベヤーの要領で、原子を高反射率をもつ鏡によって構成された光共振器の中へと輸送。それと同時に、核磁気共鳴(NMR)技術を応用することで、原子中の核スピンの状態を自由に制御できる技術を開発した。

この技術を用いることで、原子の2準位を利用すると、核スピンの情報を読み出す瞬間だけ電子スピンの情報にマップすることが可能となり、結果として核スピンがもつ長いコヒーレンス時間を保ったまま、情報の読み出し時だけ、高速、かつ高効率で行うことが可能になったという。実際の試験では、読み出し時間500μs、読み出し効率98%を実現できることが確認されたという。

また、高速の情報読み出しが可能になったことで、量子トモグラフィーの手法により、核スピンの量子状態を完全に決定することが可能となり、その結果、行われた核スピン制御が、忠実度0.98、純粋度0.96という理想的なものであったことが判明したほか、核スピンがもつ量子情報が、T1=0.49s、T2=0.10sという長い時間保持されていることも判明したという。

なお、今回の結果について研究グループは、大規模な量子計算を実現する上で十分な値といえ、今後、2次元光定在波ポテンシャル中に、碁盤の目のように原子をトラップし、それらの間に量子エンタングルメントを形成することで、量子計算を実現できる可能性が高まったとコメントしている。

マイナビニュース 2013/09/04
http://news.mynavi.jp/news/2013/09/04/067/index.html

東京工業大学 プレスリリース
http://www.titech.ac.jp/topics/news/detail_4514.html?id=topics
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http://www.titech.ac.jp/images/nt20130902_kozuma.jpg

Physical Review A
" Quantum-state tomography of a single nuclear spin qubit of an optically manipulated ytterbium atom"
http://pra.aps.org/abstract/PRA/v84/i3/e030301

依頼がありました
http://anago.2ch.net/test/read.cgi/scienceplus/1376913483/84



【物理】 量子コンピュータの実現に一歩前進、核スピンの制御技術を開発/東工大の続きを読む

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