「量子もつれ」を操る 微小磁石を用いて2スピン量子ビット演算素子の開発に成功
量子力学の性質を利用した計算機（量子計算機）の実現に向けてさまざまな情報素子が開発されています。量子計算で扱われる情報の基本単位は量子ビットと呼ばれていますが、それを構成する物理単位として量子ドット中の電子スピンは有力な候補です。すでに幾つかの研究機関で電子スピンの量子ビットが実現されています。
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一方、量子計算機の動作を担う論理演算には、2つの量子ビットが互いに相関を持つ「量子もつれ」と呼ばれる性質を制御する技術が必要です。しかし、電子スピンの量子ビットでは、これまで実現例はありませんでした。
東京大学大学院工学系研究科の樽茶清悟教授らは、今回初めて「量子もつれ」の制御に成功し、量子計算機の論理演算に必要な動作を確認しました。
研究グループは、微小磁石を取り付けた2つの半導体量子ドットにおいて、電子スピンの量子ビットの操作（＝スピンの回転操作）と、2つの電子スピンの相互作用（交換結合）の操作を組み合わせることにより、「量子もつれ」の制御を実現しました。
量子計算機を現実的に働かせるにはまだ多くの研究が必要ですが、今回の成果により、量子計算の特長とする論理演算の高速性と超並列処理の有用性を評価できる技術レベルに近づいてきました。この研究はNTT物性科学基礎研究所との共同研究として行われました。
論文情報
R. Brunner, Y.-S. Shin1, T. Obata, M. Pioro-Ladri?re, T. Kubo, K. Yoshida, T. Taniyama, Y. Tokura, and S. Tarucha,
“Two-qubit gate of combined single spin rotation and inter-dots spin exchange in a double quantum dot”,?
Physical Review Letters 107 (2011) doi:10.1103/PhysRevLett.107.146801
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