量子ネットワークは、量子力学の法則に基づいて量子情報を保存、処理、送信する物理デバイスです。量子通信や大規模量子コンピューティングを実現する基盤となる。清華大学相互情報研究所のドゥアン・ルーミン教授の研究グループ同種イオンのデュアル型量子ビット符号化を活用し、世界で初めてクロストークのない量子ネットワークノードを実現した。それは将来の量子通信や大規模量子コンピューティングの実現にとって非常に重要です。研究結果はこのほど、国際学術誌「Nature Communications」に掲載された。
清華大学相互情報研究所の助研究員である黄源源氏は、同種のイオンからなる2対の超微細エネルギー準位構造を用いて、光子のもつれに使用する「通信ビット」と量子ネットワークに情報を保存するのに使用する「記憶ビット」をそれぞれ符号化したと述べた。同時に、レーザーを使用して2つの量子ビット間のマイクロ秒レベルのコヒーレント変換も達成されました。
実験により、この方法で準備された通信ビットは数百ミリ秒以内にイオンと光子のもつれを生成できることが判明しました。スピンエコー法は、記憶ビットの記憶寿命を延長し、数秒程度のコヒーレンス時間で記憶量子ビットを実現できます。イオン光子もつれ生成操作の有無による、保存されたビットの忠実度の変化を比較することにより、研究者らは、2つの量子ビット間のクロストーク誤差が実験精度を下回っていることを確認し、クロストークのない量子ネットワークノードを実現した。