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量子テレポーテーションの心臓部をチップ化…量子コンピュータ実用化へ「画期的成果」

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1: Mogtan ★@\(^o^)/ 2015/03/31(火) 02:42:38.79 ID:???.net

掲載日:2015年3月31日
http://eetimes.jp/ee/articles/1503/31/news029.html

|1m2サイズを26×4mmサイズに

 東京大学大学院工学系研究科の古澤明教授の研究グループとNTT先端集積デバイス研究所は2015年3月31日、量子テレポーテーション装置の心臓部となる量子もつれ生成・検出部分を光チップで実現することに成功したと発表した。光学部品を不要とすることで、同様の回路をこれまでの1万分の1のサイズに縮小した。

 今回の研究成果は、量子テレポーテーションの手法を用いて量子コンピュータを実現できることを示した。
この成果は、英国の科学雑誌「Nature Photonics」(現地時間2015年3月30日)に、論文「Continuous-variable entanglement on a chip」として掲載された。

開発したチップ 出典:東京大学

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|量子オペアンプである量子テレポーテーション

量子テレポーテーションのイメージ 出典:東京大学

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 エネルギー消費が極めて小さい超高速コンピュータを実現する技術として量子コンピュータが注目されている。
これを実現するためには、大量の量子ロジックゲートを作り込む必要がある。その手法として、古澤氏らの研究グループは、光子に乗せた量子ビットの信号を転送する量子テレポーテーション技術に注目し、開発に取り組んできた。

 量子テレポーテーションとは、光子に載せた量子ビット*)の信号(光量子ビット)を、ある送信者から離れた場所にいる受信者へ転送する技術。これまでにない大容量通信を実現するとされる量子力学の原理を応用した「量子通信」を実現する上で最も重要な技術とされている。さらに、量子テレポーテーションを行う装置を組み合わせることで、超高速な処理性能を持つ「量子コンピュータ」も構築できるという。

*)0と1の重ね合わせで表示される情報単位。重ね合わせとは0と1が同時並行で存在するような一種の中間状態で、量子力学特有の状態。重ね合わせをうまく利用することで、高い処理性能の情報処理が実現できる

量子力学を応用した情報処理の可能性 出典:東京大学

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引用元: 【量子力学/量子情報】量子テレポーテーションの心臓部をチップ化――量子コンピュータ実用化へ「画期的成果」


2: Mogtan ★@\(^o^)/ 2015/03/31(火) 02:43:12.94 ID:???.net

|2013年に「完全な量子テレポーテーション」を実現

 古澤氏らの研究グループは2013年に、量子(光子)の波動性に着目して完全な量子テレポーテーション*)の実験に成功しており、従来に比べて100倍以上の効率で量子テレポーテーションを行う方法を見いだしていた。

*)関連記事:完全な量子テレポーテーションに成功
http://eetimes.jp/ee/articles/1308/19/news028.html

 ただ、2013年当時の実験装置は、光学テーブルの床面積が4.2×1.5mと大きく、この装置には500点以上のミラーやレンズなどの光学部品を使って回路を構成するなど、実用化には程遠かった。

013年当時の量子テレポーテーション用実験装置の写真。4.2×1.5mの大きさがあり、ミラーやレンズなどの光学部品を配置しレーザー光の経路を作っている。使われているミラー、レンズの数は500枚以上におよび、調整に長い時間を要した 出典:東京大学

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|シリコン基板上に導波路を形成

 今回の開発成果は、これまでの研究成果に基づき、超高速コンピュータの実用化に近づく成果といえる。
多数用いられている光学部品のうち、1/4~1/5程度を占めるとみられる量子もつれ生成・検出の部分(実装スペースは約1m2)を、外形寸法が26×4mmの極めて小さな光チップに集積し、その動作を確認した。
チップ上に導波路を形成することで、フリースペースで必要となっていたミラーやレンズなどの光学部品を削減することが可能となったからである。「今回の成果は、超高速コンピュータや超大容量光通信システムを実用化していくための突破口になる」(古澤氏)とみている。

光チップ付近の拡大写真。導波路素子と示されている部分が光チップだ 出典:東京大学

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 試作した光チップは、シリコン基板上にシリカを成膜し、リソグラフィ技術でパターンを形成する。
そこに不純物を添加して屈折率を向上させ、その上にガラスを成膜して製造する。シリカの導波路は幅3μm、高さ3μmと微細である。光チップ内に作り込んだ導波路で2波を合波して量子もつれを生成する。
ホモダイン測定に相当するビームスプリッタも作り込んだ。ヒーターでローカルに温度を制御することで、ビームスプリッタの分岐比を変更することができるという。

実験セットアップの概略図 出典:東京大学

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3: Mogtan ★@\(^o^)/ 2015/03/31(火) 02:43:57.07 ID:???.net

|量子もつれ生成を確認

 今回行った光チップの検証では、量子もつれ光源となる2つのスクイーズド光(波長860nm)を、2つの光パラメトリック発振器を用いて生成した。これを、光ファイバーアレイを使って光チップ内に入射させる。
光チップ内部では、量子もつれ光生成用干渉計を使い、2つのスクイーズド光を干渉させることで、量子もつれ状態の2つの光ビームを生成させた。これらの光ビームを2つのホモダイン検出用干渉計で測定した。出力信号の差や和を測定することにより、試作した光チップ上で量子もつれが生成されていることを確認することができた。

量子もつれ状態の2つの光ビームを生成し、2つのホモダイン検出用干渉計で測定した。出力信号の差や和を測定することで量子もつれが生成されていることを確認した(c図は、ランダムノイズより低いレベルにあるのが量子もつれである) 出典:東京大学

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|チップを多数用いることで量子コンピュータが「実現可能」

 今回の研究成果と今後の取り組みについて古澤氏は、「量子テレポーテーションのコア技術となる量子もつれを、光チップで生成できることは確認できた。これから完成度を高めていくためには、全体で50%程度の損失となっている結合ロスをなくすことである。このためには量子オペアンプである量子テレポーテーションの集積化はもとより、レーザー光源なども含めて1チップ化することが必須だ。これらのチップを多数個用いることで、量子コンピュータを実現することが可能となる。また、量子誤り訂正機能も重要な技術となる」と語った。

 量子テレポーテーションを用いて、一般的な論理回路の「NANDゲート」に相当するユニバーサルゲートセットを作成することが可能である。

 なお、今回の成果は、英国ブリストル大学の教授を務めるオブライエン氏や、サウサンプトン大学の講師を務めるポリティ氏との共同研究によるもので、文部科学省の先端融合領域イノベーション創出拠点形成プログラムなどの支援を受けて実施している。

東京大学大学院工学系研究科の古澤明教授

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<参照>
日経プレスリリース - 東大、量子テレポーテーション心臓部の光チップ化に成功
http://release.nikkei.co.jp/detail.cfm?relID=383336&lindID=5

Continuous-variable entanglement on a chip : Nature Photonics : Nature Publishing Group
http://www.nature.com/nphoton/journal/vaop/ncurrent/full/nphoton.2015.42.html




8: 名無しのひみつ@\(^o^)/ 2015/03/31(火) 02:56:51.37 ID:GlzqeyEE.net

これ、マジですごくね?


10: 名無しのひみつ@\(^o^)/ 2015/03/31(火) 03:00:52.40 ID:VNL8FEWt.net

実用化されて完成したら世界中の暗号速攻解読しまくれるという話があるけど凄すぎじゃないですか?


11: 名無しのひみつ@\(^o^)/ 2015/03/31(火) 03:01:31.08 ID:v5+J8VTP.net

学生の頃、量子力学は研究テーマだったわ
わけのわからん数式いじってたが、あれから20年
実用化に近づいてるね


57: 名無しのひみつ@\(^o^)/ 2015/03/31(火) 09:12:50.33 ID:ilCJ6ZYi.net

>>11
20年前量子力学を研究って...
アホだってはっきりわかんだね


59: 名無しのひみつ@\(^o^)/ 2015/03/31(火) 09:18:17.85 ID:NN/l158v.net

>>57
つい最近だけで見ても
弱観測に小澤の不等式、負の確率など
新発見が続々出てるわけだが
実用的応用に至ってはまだまだ未開拓


12: 名無しのひみつ@\(^o^)/ 2015/03/31(火) 03:10:56.50 ID:Vb4JZFO2.net

今のスパコン京が将来ノートパソコンぐらいになるってことだろ
スゴすぎて気を失うわ


19: 名無しのひみつ@\(^o^)/ 2015/03/31(火) 03:26:11.07 ID:J2CZOS6A.net

>>12
スパコンがスマホになる


14: 名無しのひみつ@\(^o^)/ 2015/03/31(火) 03:13:47.95 ID:01xe/cQW.net

量子コンピューターはアルゴリズムを作るのが難しくて、現時点で素因数分解ぐらいしかできないと聞いた。
人工知能などには使えるの?


15: 名無しのひみつ@\(^o^)/ 2015/03/31(火) 03:15:00.92 ID:UHIjq2PV.net

プログラム言語は何?


42: 名無しのひみつ@\(^o^)/ 2015/03/31(火) 07:00:43.01 ID:y+EtL5wR.net

>>15
できれば日本語でお願いします。


22: 名無しのひみつ@\(^o^)/ 2015/03/31(火) 04:00:46.94 ID:sDZu7HKw.net

エンタングルな光子を大量にファイバーにつっこんで大量通信なんて出来るのか?
相互作用しねえの?


24: 名無しのひみつ@\(^o^)/ 2015/03/31(火) 04:14:39.90 ID:KAz0yyG6.net

むしろ生成時にエンタングルしていない光子同士を相互作用させるほうが難しいだろ


25: 名無しのひみつ@\(^o^)/ 2015/03/31(火) 04:21:15.13 ID:llRAwVbr.net

今は1と0(の2種類)なのでトーナメント表を横にしたような
・1✕(2種類)→2(✕2種類)→4→8と計算が増えていく

量子は1自体に1と0を内包している。(0も同様)トーナメント表でいうと
・1(✕2種類✕2種類)→4(4✕2種類✕2種類)→16→64と計算が増えていく

計算すればするほど加速度的に早くなることがお分かり頂けただろうか。
以下より詳しい解説を先生にお願いします。


27: 名無しのひみつ@\(^o^)/ 2015/03/31(火) 05:00:39.46 ID:D6PjAjV/.net

これタイムマシンの原型な


28: 名無しのひみつ@\(^o^)/ 2015/03/31(火) 05:19:38.29 ID:6xj5ROpc.net

タイムマシンは眉唾ものだからなw
テレポーテーションが出来ても
過去にはいけない。


31: 名無しのひみつ@\(^o^)/ 2015/03/31(火) 05:46:21.05 ID:GMnn6MZX.net

病気の細胞の遺伝子の分子構造をターゲットにテレポーテーションで健康問題解決


32: 名無しのひみつ@\(^o^)/ 2015/03/31(火) 05:55:48.21 ID:/JrEHjUj.net

恋のテレポーテーション


36: 名無しのひみつ@\(^o^)/ 2015/03/31(火) 06:25:41.66 ID:EDII92tj.net

すげえなあ テレポートってほんとにあるんだ


37: 名無しのひみつ@\(^o^)/ 2015/03/31(火) 06:35:23.73 ID:D6PjAjV/.net

ぼつぼつサーボーグ009の初期型の試作に入るべき頃だろうな日本の
先端技術の粋を集めて・・・・・・。


44: 名無しのひみつ@\(^o^)/ 2015/03/31(火) 07:12:09.62 ID:2uDMSPr7.net

情報の転送が光速超えちまうんだっけ?


52: 名無しのひみつ@\(^o^)/ 2015/03/31(火) 07:58:56.96 ID:J2CZOS6A.net

>>44
情報の伝達そのものは、既存の通信手段を超えて伝わるわけではない


45: 名無しのひみつ@\(^o^)/ 2015/03/31(火) 07:18:36.01 ID:5rZRrtyc.net

残念ながら肝心の「情報」は
超光速では伝えられない
そこが一番誤解されるところなんだが

量子テレポーテーションの実用的意味は
超光速通信ではなく盗聴不可能性にある
いわゆる量子暗号


62: 名無しのひみつ@\(^o^)/ 2015/03/31(火) 09:46:57.64 ID:/3IRCkeu.net

量子テレポーテーションはべつに量子が空間を飛んだりするようなものではない
このネーミング完全に誤解生むし失敗だと思う


64: 名無しのひみつ@\(^o^)/ 2015/03/31(火) 10:57:32.96 ID:4Z1vAkpB.net

>>62
物質や生命の本質は情報だと定義すれば別に誤ってはいない


68: 名無しのひみつ@\(^o^)/ 2015/03/31(火) 12:19:54.56 ID:706s+N3Z.net

あと少しで情報自体にエネルギーがある事が解明できそうだな。


70: 名無しのひみつ@\(^o^)/ 2015/03/31(火) 13:03:52.59 ID:wruddHon.net

>>68
エネルギーじゃなくてエントロピーとの関連ならとっくに判明してるがな


66: 名無しのひみつ@\(^o^)/ 2015/03/31(火) 11:43:39.04 ID:2PThKFmU.net

よく分からないけどとても凄いってことは分かった



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コメント一覧

※ 1. 私は名無しさん  2015年03月31日 22:39 ID:62.amVUz0 ※このコメントに返信する※
(e/d)

量子ビットがイマイチ理解できてないや。


※ 2. まとめブログリーダー  2015年03月31日 23:03 ID:zc3aQkQ40 ※このコメントに返信する※
(e/d)

情報がエネルギーを持つってのはマクスウェルの悪魔の事か。


※ 3. 名無し  2015年03月31日 23:06 ID:NtH2GXUx0 ※このコメントに返信する※
(e/d)

ヨルムンガンドが実現するわけだな。


※ 4. 私は名無しさん  2015年03月31日 23:08 ID:N53mcaoK0 ※このコメントに返信する※
(e/d)

東大物理工学科はNo.1!


※ 5.  2015年03月31日 23:55 ID:SlVqcjcb0 ※このコメントに返信する※
(e/d)

古澤研人気やろうなぁ


※ 6. 私は名無しさん  2015年04月01日 02:22 ID:KtOs4.G60 ※このコメントに返信する※
(e/d)

同様の回路をこれまでの1万分の1のサイズに縮小

って二年で進み過ぎだろ

いやしかしすげーな


※ 7. まとめブログリーダー  2015年04月01日 02:32 ID:iOwMTzmV0 ※このコメントに返信する※
(e/d)

すごい、


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