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



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
http://image.itmedia.co.jp/ee/articles/1503/31/l_tt150331ToukyoU998.jpg

|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
http://image.itmedia.co.jp/ee/articles/1503/31/l_tt150331ToukyoU999.jpg

 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
http://image.itmedia.co.jp/ee/articles/1503/31/l_tt150331ToukyoU000.jpg


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
http://image.itmedia.co.jp/ee/articles/1503/31/l_tt150331ToukyoU002.jpg
http://image.itmedia.co.jp/ee/articles/1503/31/l_tt150331ToukyoU003.jpg

|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
http://image.itmedia.co.jp/ee/articles/1503/31/l_tm_150331utokyo04.jpg

 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
http://image.itmedia.co.jp/ee/articles/1503/31/l_tm_150331utokyo04_01.jpg

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
http://image.itmedia.co.jp/ee/articles/1503/31/l_tm_150331utokyo05.jpg

|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
http://image.itmedia.co.jp/ee/articles/1503/31/tm_150331utokyo01.jpg

<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

5: 名無しのひみつ@\(^o^)/ 2015/03/31(火) 02:46:52.11 ID:jK1anB96.net
長い、3行でまとめろ

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?

9: 名無しのひみつ@\(^o^)/ 2015/03/31(火) 02:58:44.60 ID:01xe/cQW.net
つまりどういうこと?

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?

16: 名無しのひみつ@\(^o^)/ 2015/03/31(火) 03:18:54.45 ID:v9PGBcDL.net
スパコンで100年かかる計算が1秒でできるようになる。

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。

26: 名無しのひみつ@\(^o^)/ 2015/03/31(火) 04:55:20.88 ID:u+PkgIEr.net
難し過ぎる

34: 名無しのひみつ@\(^o^)/ 2015/03/31(火) 06:03:01.34 ID:aWDSj6vt.net
これのスーパーコンピューターをはよ

35: 名無しのひみつ@\(^o^)/ 2015/03/31(火) 06:11:49.82 ID:Vb4JZFO2.net
40年前、会社の大型電子計算機FACOM230-55を駆使してたのが懐かしい。
今じゃ型落ち3万円程度の中古パソコンでさえ何倍もの仕事してくれる。
量子計算機が個人レベルで使えるまで生きてられるか心配

46: 名無しのひみつ@\(^o^)/ 2015/03/31(火) 07:19:53.39 ID:deBr+CLr.net
こういう数々の大発明をへて、
おれの携帯は無料エロ動画で溢れてるわけだ。

>>35
60代なら年齢的に多分死んでると思う。

56: 名無しのひみつ@\(^o^)/ 2015/03/31(火) 08:59:12.29 ID:EaM6hiD2.net
>>35
もう定年?
大先輩お疲れ様です

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

51: 名無しのひみつ@\(^o^)/ 2015/03/31(火) 07:56:12.19 ID:n0KurWGk.net
しかしすごいね量子技術って。
まるで産業革命だ。

次はどんな量子関連の発明が発表されるかな?

53: 名無しのひみつ@\(^o^)/ 2015/03/31(火) 08:43:13.07 ID:HsLwU8Uj.net
いきなり1万分の1に縮小というところがスゴいわ

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

97: 名無しのひみつ@\(^o^)/ 2015/03/31(火) 21:28:29.01 ID:LIEQhrb6.net
こういうハードも良いんだけど、日本はIBMのワトソンみたいなAIのソフト開発にもっと力をいれろよ。
AIはもうすぐ世界を一変させるほどの革命を起こすぞ。

107: 名無しのひみつ@\(^o^)/ 2015/04/01(水) 02:12:10.18 ID:7lr62Y/+.net
>>97
AIもいいけど日本人にはパソコンOSをマジで開発して欲しい
マイクロソフトの殿様商売を誰か何とかしてくれ

101: 名無しのひみつ@\(^o^)/ 2015/03/31(火) 22:39:24.42 ID:1aOryg8N.net
もしかして
公開暗号鍵が使えなくなるの
そうなの?

102: 名無しのひみつ@\(^o^)/ 2015/03/31(火) 22:45:09.41 ID:hcAuabPr.net
>>101
量子コンピュータといってもそれとはまた別の技術
むしろ暗号鍵が1ビットごとに発行できるようになるから秘匿性が強化される

112: 名無しのひみつ@\(^o^)/ 2015/04/01(水) 08:04:00.50 ID:0KEkVYCx.net
近未来はすぐそこに来てる

135: 名無しのひみつ@\(^o^)/ 2015/04/01(水) 23:17:43.31 ID:wcU7Xs/1.net
すげー夢が広がりまくるわ
で、何が出来るの?



カテゴリ: 科学ニュース
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