2016 Fiscal Year Research-status Report
着衣状態エンジニアリングに基づく決定論的量子ゲートの開発
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16K05497
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| Research Institution | Tokyo Medical and Dental University |
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Principal Investigator |
越野 和樹 東京医科歯科大学, 教養部, 准教授 (90332311)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 超伝導回路ＱＥＤ / 量子光学 / 量子制御 / 量子計算 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
空間的に離れた量子ビット間に量子もつれを生成することは，分散的量子計算における最も基本的な技術の一つであるが，現在のところ確率的スキームしか提案・実証されていない．本年度は，離れた超伝導量子ビットの間に，マイクロ波光子を介して決定論的に量子もつれを生成する方法を理論的に提案した．超伝導量子ビットは他の量子ビット系と比較して集積性に優れており，小規模な量子演算回路が既に実装されている．本スキームには，このような小規模回路間の量子的な通信チャンネルとしての役割が期待される．
本スキームの構成要素は，マイクロ波光子と超伝導量子ビット間の量子ゲートである．このデバイスでは，超伝導量子ビットと分散的に結合した共振器に対し，周波数に量子情報をエンコードしたマイクロ波光子を反射させることによって，Identity, root SWAP, SWAP の三種類の量子ゲート動作を決定論的に遂行することができる．本デバイスの特色は，超伝導量子ビットに印加するマイクロ波の強度・周波数を介して，上述のゲート動作を「その場制御」できる点である．以前の研究において，我々は同じ系を世界初のマイクロ波単一光子検出器として活用したが，このように固定量子ビットと伝播量子ビット間の量子ゲートとしても応用可能である．
このマイクロ波光子を介して，空間的に離れた複数の超伝導量子ビット間に決定論的なゲート動作を行うことができる．例えばマイクロ波光子が，一つ目の超伝導量子ビットとの間にroot SWAPゲート，二つ目の超伝導量子ビットとの間にSWAPゲートを行うようにドライブ条件を設定しておけば，二つの超伝導量子ビット間に最大量子もつれを生成することができる．他にも，超伝導量子ビットの量子情報を次々と隣の超伝導量子ビットへと移す「量子ドミノ」も実装可能である．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本申請課題の主題である，単一マイクロ波光子－超伝導量子ビット間で決定論的に動作する量子ゲートの構築方法について，理論面から筋道をつけることができたため．
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度に提案した，単一マイクロ波光子－超伝導量子ビット間で動作する量子ゲートや，
空間的に離れた量子ビット間の量子もつれ生成などの新奇現象を，実験グループと協力して実証してゆく．そのためには，波形整形可能な単一光子源，連続測定モードで動作するマイクロ波単一光子検出器，低損失サーキュレータなど，様々なマイクロ波量子光学デバイスの高性能化が必要不可欠である．これらのデバイスを理論的に提案してゆく．
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| Causes of Carryover |
国内における学会が関東近辺で多く開催されたため，旅費の支出が想定よりも少なく済んだ．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
本年度の旅費として使用する．
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