日本の研究チームは、量子技術における非フォッカー状態（iNFS）の重要な特性を発見し、多重線形光学を通じてその安定性を明らかにし、光量子コンピューティングとセンシングの進歩への道を切り開きました。電子や光子などの量子物体は他の物体とは異なる動作をするため、量子技術が可能になります。これは、複数の光子が複数のモードまたは周波数で存在する量子もつれの謎を解く鍵です。
光量子技術の追求においては、これまでの研究でフォッカー状態（光子数状態）の有用性が確認されてきました。これらの多光子、多峰性状態は、いわゆる線形光学技術を通じて複数の単一光子入力を巧みに組み合わせることで実現されます。ただし、一部の重要で貴重な量子状態には、この光子ごとのアプローチ以上のものが必要です。
今回、京都大学と広島大学の研究チームは、複雑な量子状態には複数の光子源と線形光学素子が必要であるという、非フォッカー状態 (iNFS) の独自の利点を理論的および実験的に確認しました。
「多光子光量子回路を用いたiNFSの存在確認に成功しました。」共著者のGeobae Park氏は、「私たちの研究は、光量子コンピュータや光量子センシングなどの応用分野にブレークスルーをもたらすだろう」と付け加えた。
光子は、一定の室温で量子状態を維持しながら長距離を輸送できるため、有望なキャリアです。多数の光子を複数のモードで利用することで、長距離の光量子暗号化、光量子センシング、光量子コンピューティングが可能になります。
共著者の岡本龍氏は、「条件付きコヒーレンス現象を実現する上での最大の課題である、3つの異なる経路にある2つの光子を表現するために、フーリエ変換光子量子回路を使用して複雑なiNFSを丹念に生成しました。」と説明しました。
量子もつれとの比較
さらに、この研究では、線状光学素子を通過するだけで現れたり消えたりする、広く使用されている量子もつれと別の現象を比較しました。量子もつれとは、2 つの独立したシステム間で重ね合わせられた 2 つ以上の関連状態を持つ量子状態を指します。
広島大学のホルガー・F・ホフマン氏は、「驚くべきことに、この研究は、多くの線形光学素子のネットワークを通過してもiNFSの特性が変化しないことを示しており、光量子技術の飛躍を示している」と述べた。
竹内氏のチームは、iNFS が条件付きコヒーレンスを示すと考えています。これは、1 つの光子の検出でさえ、残りの光子が複数のパスの重ね合わせで存在することを意味する、やや不思議な現象です。
竹内茂樹教授は「私たちの次の段階の目標は、より大規模な多光子、多モード、光量子回路チップを実現することである。この研究は、量子現象の理解と活用における潜在的な飛躍を示すものである。」と発表した。
/ScitechDaily から編集