量子情報処理に向けた２次元クラスター状態の生成及び時間領域量子計算の実現

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本研究は量子コンピューターの実現に向けて光の特性及び時間領域手法による実現を模索するとして「量子情報処理に向けた２次元クラスター状態の生成及び時間領域量子計算の実現」をテーマに研究を行った。前年度の成果として、本研究の手法の中で最重要な量子的なリソースである「2次元クラスター状態」を論文【W. Asavanant et al., Science 366, 373 (2019).】にしたうえで、時間領域クラスター状態を実際に利用する原理実証実験も行った。今年度ではまずはその時間領域クラスター状態を利用した実験の成果を論文にまとめて投稿しているとともに国際学会にて共同研究者が発表を行った。また本研究は今年度で最終年度となるが、次のステップに向けて、時間領域手法をさらに応用を拡張し、本研究で獲得したユニバーサルリソースを誤り訂正可能なユニバーサルリソースに昇格する「3次元クラスター状態」の生成理論を論文にした【K. Fukui, W. Asavanant, A. Furusawa, Phys. Rev. A 102, 032614 (2020).】。またもう一つの成果としては原理実証実験から脱却しもっと現実的なデバイスに近づくために自由空間の光学系ではなくファイバー系を使ったコンパクトなクラスター状態生成系の研究も始めた。これらの成果によって現在の主流の量子コンピューターの研究と一線を画し、光を使った時間領域多重の長期的な将来性及びその実用性を示すことができ、且つ最終的なゴールである誤り訂正可能ユニバーサル量子計算の実現への新たな道を開拓することに成功したといっても過言ではない。