.量子コンピュータ

半導体や超伝導体の微細加工によって作製したナノデバイスにより，超高速な情報処理を可能にする量
子コンピュータの研究が進められている．本特集では，その基本的な構成部品である量子ビットの研究を
メインに，さまざまな量子系に関する最新の研究を紹介する．

■ 量子コンピュータ研究の最前線
量子コンピュータ研究の課題を述べるとともに，最近NTT物性科学基礎研究所で行
われているさまざまな異なる種類の量子ビットに関する研究を紹介する．
■ 超伝導量子ビットとスピン集団のコヒーレント結合
人工的につくられる超伝導量子ビットとダイヤモンド結晶中のスピン集団の長所を
生かした超伝導・ダイヤモンド複合系における量子メモリの原理実験について紹介
する．
■ 電気回路による量子非破壊測定の理論と実験
量子力学的な性質が顔をあらわす電気回路を用いることで，量子系に対する測定が
どのように行われるかを理論と実験の両面から紹介する．
■ 電子スピン回転とスピン軌道係数の定量的決定
スピン軌道相互作用を使ったスピン回転の機構について解説するとともに，その
大きさの定量的な決定に関する最新の研究結果を紹介する．
■ 光格子中の冷却原子気体を用いた量子シミュレーション
京都大学とNTTがイッテルビウムの原子気体を使って，世界で初めてつくり出す
ことに成功した物質の新しい量子状態の研究成果を紹介する．
■ 超音波を用いた電子スピン輸送
NTTで取り組んでいる表面弾性波によるスピンの長距離輸送現象を磁気光学効果
によって明らかにする研究について紹介する．
主役登場 齊藤　志郎（NTT物性科学基礎研究所）
超伝導を用いた量子情報処理に向けて


量子コンピュータ研究の最前線


◆執筆者 山口　浩司
◆所属 NTT物性科学基礎研究所

量子コンピュータのハードウェア研究が活性化し、すでに10年以上が経過しました。その結果、基本素子である量子ビットの状態を操作する技術は格段に向上しましたが、一方で根本的な問題も明らかになっています。本特集では、このような問題点の克服に向けて、NTT研究所において進めている新しい試みについて紹介します。



超伝導量子ビットとスピン集団のコヒーレント結合


◆執筆者 齊藤　志郎／Xiaobo Zhu／William John Munro／仙場　浩一
◆所属 NTT物性科学基礎研究所

人工的につくられる超伝導量子ビットは、制御性・拡張性に優れていますが、情報の保持時間が短いという問題があります。一方、自然界に存在するダイヤモンド結晶中のスピン集団は、逆の特性を持ちます。そこで本稿では、両者の長所を生かした超伝導・ダイヤモンド複合系における量子メモリの原理実験について解説します。



電気回路による量子非破壊測定の理論と実験


◆執筆者 角柳　孝輔／齊藤　志郎／中ノ　勇人／仙場　浩一
◆所属 NTT物性科学基礎研究所

超伝導ループの電気回路から構成される磁束量子ビットは、エネルギーが離散的な人工原子とみなすことができます。NTT物性科学基礎研究所では、この量子力学的な性質が顔をあらわす電気回路を用いることで、量子系に対する測定がどのように行われるかを理論と実験の両面から明らかにしようとしています。



電子スピン回転とスピン軌道係数の定量的決定


◆執筆者 古賀　貴亮+1／関根　佳明+2
◆所属 +1　北海道大学　大学院情報科学研究科
+2　NTT物性科学基礎研究所

最近の研究では、量子コンピュータを構成する量子ビットに電子スピンを利用することが提案されています。本稿ではスピン軌道相互作用を使ったスピン回転の機構を解説した後、その大きさの定量的な決定に関する最新の研究結果を紹介します。



光格子中の冷却原子気体を用いた量子シミュレーション


◆執筆者 山下　眞／稲葉　謙介
◆所属 NTT物性科学基礎研究所

光格子はレーザ光でつくった人工の結晶です。本稿では、ナノ・ケルビンという極低温まで冷却させた原子の気体をこの中に閉じ込めて、物質が示す多様な特性を探求する量子シミュレーションについて解説します。さらに、この技術を応用して、京都大学とNTTが世界で初めてつくり出すことに成功した物質の新しい量子状態についての研究成果を紹介します。



超音波を用いた電子スピン輸送


◆執筆者 眞田　治樹／後藤　秀樹／小野満　恒二／寒川　哲臣
◆所属 NTT物性科学基礎研究所

半導体中の電子スピンは量子ビットの一候補として期待されています。このスピンを長い距離伝送できれば、量子計算機の要素技術になるだけでなく、新しい物理の解明を通して、将来のエレクトロニクスへの応用につながる可能性があります。本稿では、NTT物性科学基礎研究所が取り組む、超音波を用いたスピン輸送に関する研究を紹介します。



□主役登場

超伝導を用いた量子情報処理に向けて


◆執筆者 齊藤　志郎
◆所属 NTT物性科学基礎研究所　主任研究員