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ダイヤモンドを用いた電子と光子の量子もつれ検出の概要。ダイヤモンドに
内在する量子もつれ機構を利用し、電子と光子の量子もつれを検出。ほぼ完全な
量子もつれ検出を実験で実証した
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横浜国立大学は2月4日、光子の発光と吸収だけで量子通信や量子計算に
用いられる量子テレポーテーションを可能にする新原理を実証したと発表した。
同成果は、同大大学院 工学研究院の小坂英男教授、新倉菜恵子研究員らによる
もの。詳細は、米国物理学会誌「Physical Review Letters」のオンライン版に
掲載される予定。
今回、特殊な光源や検出器に頼ることなく、量子メモリ素子となるダイヤモンド中の
単一欠陥の電子に内在する量子もつれを利用し、発光と吸収という自然現象だけで
光子と電子の量子もつれを検出した。具体的には、量子もつれ生成は発光した
光子と残った電子が自然にもつれるように、また、量子もつれ検出は光子と
電子がもつれて吸収されるように工夫を行った。
このような自然現象の利用で、特別な量子操作の必要もなく量子テレポー
テーションによる量子中継が行えることを実験によって明らかにしたという。
なお、同方式では、光ファイバを伝わって量子ノードに到達した光子を無駄に
することなく中継に利用することができる。つまり、中継ごとの失敗確率を
原理的にゼロに抑えることができる。その結果、光ファイバ中で光子がなくなるのを
避けるために中継区間を可能な限り短くすることで、通信レートを最大限まで
上げることが可能になる。仮に光子送信レートを毎秒1Gビットとすると、
中継区間を50kmに抑えたとしても1000kmの量子通信路一回線で毎秒100Mビットの
情報が送信できるとしている。
今回の結果は、量子中継の基本原理である量子テレポーテーションを極めて
単純な原理で実現し、電子の量子状態を光子が届かない遥か遠方に高速かつ
確実に再生できることを示唆するもので、物理法則で安全性の保証された
量子通信網の飛躍的長距離化・高速化に道を開くものと期待されるとコメント
している。マイナビニュース日野雄太 [2015/02/06]
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