機能物質科学研究部
*NTTリサーチプロフェッサ、東京工業大学大学院
量子コンピュータは、量子力学の法則を直接利用して、高速、超並列計算を行うことが出来る新しいタイプの計算原理である。この量子コンピュータの基本素子である、量子ビットの実現のためには、量子状態という究極の状態の制御が求められる。最近我々は、超伝導体のリングを用いた、磁束量子型の量子ビットでの状態の読み出しに成功した。これらの量子状態を操る技術は、近年の、ナノテクノロジに代表される微細構造を作製する技術の進歩により可能になった。この超伝導のリングでは、リングを流れる右回り、左回りの電流が、量子的な振る舞いを示す。今までは、量子状態とは、1つ1つの原子や電子などのミクロな対象の状態をあらわすのに使われてきた。しかし、この超伝導リングの電流の量子状態は、百万個以上のクーパーペアによって担われているという点で巨視的量子現象と呼ばれ、物理的にも興味を持たれている。これは、シュレディンガーの猫と呼ばれる量子力学の解釈の問題として議論されることもある。このリングの量子状態の読み出しは、量子コンピュータの出力にあたるばかりでなく、量子力学では観測にあたり、そのダイナミクスは非常に重要になる。図１に全体の構造を示すが、読み出しは、量子ビットの近くに配置したDC-SQUIDというデバイスを用いて行なった。読み出し特性について実験的に詳細に調べた結果、図２のように、右回り、左回りの電流をもつ状態がきちんと分かれて観測されることが示された。今後は、量子状態を任意の状態に制御してから読み出すための研究を進める予定である。
[1] H. Tanaka et al., Physica C 368 (2002) 300.
[2] H. Tanaka et al., Supercond. Sci. Techonol. 14 (2001) 1161.
[3] H. Takayanagi et al., Proc. of Jubilee Nobel Symposium (Dec. 2001, Goteborg Sweden), to be published in Physica Scripta.
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