量子情報処理のためのロバストシステム同定

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現在提案されている量子情報処理のほとんどのプロトコルは，「理想的」な状況下における「静的」な操作として記述されている．一方，現実的な量子系は「不確かさ」を有し，さらに時間連続的に状態が変化するため，そのダイナミクスも含めた「動的」なプロトコルが必要である．本課題の目的は，量子情報処理の実用化に向け，現実的な量子系のもつ「不確かさ」や「ダイナミクス」も含めて，対象量子系の状態を同定する手法を確立することである．この目標の達成に向け，申請者は，「線形量子系」を対象に，量子情報操作のなかでも特に重要なプロトコルである「量子テレポーテーション」について，既存の情報操作のプロトコルを制御理論の枠組みで捉え直し，対象量子系のダイナミクスを捉えた数理モデルを提案した．その主な恩恵は，次の三点である．まず，ダイナミクスを捉えた数理モデルを提案することで，ダイナミクスそのものを情報として転送することが可能となった．これにより，「光の状態」から「物質のダイナミクス」へのテレポーテーションなど，従来とは異なるもの同士の間で情報を転送することができる．また，量子テレポーテーションはこれまで1-modeの量子状態についてのみ考えられてきたが，本研究では多次元化が容易である線形量子系に着目することで，n-modeの量子状態の転送を可能とし，テレポートできる情報量を増大させることに成功した．最後に，量子テレポーテーションを制御理論の枠組みで捉えることで，量子テレポーテーションの成功条件を「取得する情報量」，「系の安定性」及び「可制御性」の調整という，各パラメータを設計する問題に落とし込んだ．このようにテレポーテーションを制御理論の視点から再考することによって，その成功条件をパラメータ設計問題として捉え，設計指針を容易に得られるようになった．