フラッシュ2022年10月23日
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電子運動を量子レベルで制御、究極の量子ビット実現へ＝東大
by MITテクノロジーレビュー編集部 [MIT Technology Review Japan]東京大学の研究チームは、電磁場により真空中に浮遊する電子の運動状態を、ハイブリッド量子系を利用して量子レベルで観測・制御する手法を発明。電子の運動状態の量子レベルでの制御が電子と超伝導量子回路、電子と真空中に捕獲された原子イオンという2つのハイブリッド量子系で、それぞれ実現可能であることを示した。
浮遊電子は捕獲ポテンシャル（電磁場で作るかごのようなもの）中でマイクロ波領域の周波数で振動するため、マイクロ波領域の極微のアンテナのようにみなせる。研究チームは、同じくマイクロ波領域で動作する超伝導量子回路が、電子という極微のアンテナとエネルギーを効率的にやり取りできることに着目。電子のアンテナの状態、すなわち運動状態の量子レベルでの観測と制御が可能であることを見い出した。さらに、クーロン力に起因する電子・イオン間の非線形な相互作用でも効率的なエネルギーのやり取りが可能となり、原子イオンを用いて電子の運動状態を量子レベルで冷却・制御できることを明らかにした。
量子コンピューターで用いられる量子ビット（キュービット）の物理系に要求される主要な性質として、量子状態を保っていられる時間（コヒーレンス時間）が長いこと、コヒーレンス時間より十分短い時間で操作や量子測定などの制御が可能であることが挙げられる。近年、その2つを兼ね備えた新奇な物理系として電磁場により真空中に浮遊させた電子が注目されているが、電子の運動状態の冷却と観測を量子レベルで実行するのは浮遊電子のみでは困難だった。
研究成果は、フィジカル・レビュー・リサーチ（Physical Review Research）のオンライン版に2022年9月29日付けで掲載された。
（中條）
