研究により、完全に光ベースの量子コンピューティングへの扉が開かれる

NTT、東京大学、理化学研究所の研究チームは、量子コンピューティングへの完全なフォトニクスベースのアプローチを開発したと発表しました。スクイーズド光源の量子特性を活用することで、研究者たちは、量子コンピューティングシステムのより迅速かつ容易な導入への道を切り開き、他のアプローチに見られる多くの実用上およびスケーリング上の落とし穴を回避できると期待しています。さらに、研究チームは、この研究がラックサイズの大規模量子コンピューティングシステムの開発につながり、メンテナンスがほぼ不要になると確信しています。

光ベースのアプローチ自体は、従来の量子コンピューティングアーキテクチャと比較して多くの利点をもたらします。従来の量子コンピューティングアーキテクチャは、様々なアプローチ（トラップイオン、シリコン量子ドット、トポロジカル超伝導体など）に基づいていますが、これらのアプローチはいずれも物理学的な観点からある程度の限界があります。いずれも電子回路を使用する必要があるため、抵抗加熱（電気信号が抵抗性半導体配線を通過する際に発生する廃熱）が発生します。同時に、フォトニクスはデータが光速で移動するため、レイテンシを大幅に改善することができます。 

フォトニクスに基づく量子コンピューティングは、光に現れる新たな量子特性を活用します。ここでの専門用語は「スクイージング」です。光源がスクイージングされるほど、より量子的な振る舞いを示すようになります。必要な量子特性を解放するには、これまで65%以上のスクイージングレベルが必要と考えられていましたが、研究者たちは実験で75%というより高いスクイージングレベルを達成しました。実際的には、この量子システムは6THzを超える周波数帯域を解放し、利用可能なブロードバンドを利用できないレベルまで低下させることなく、フォトニクスの利点を量子コンピューティングに活用します。

研究者たちは、このフォトニクスベースの量子設計によって、より容易な導入が可能になると期待しています。他のシステムで量子コヒーレンスを維持するために通常必要とされる特殊な温度制御（基本的には氷点下の冷凍庫）は不要になるからです。スケーリングも容易かつ簡素化されます。複数の小型コヒーレント量子コンピューティングユニットを相互接続して量子ビット数を増やす必要はありません。代わりに、光を「時間セグメント」に連続的に分割し、各セグメントに異なる情報をエンコードすることで、量子ビット数（ひいてはシステム性能）を増やすことができます。研究チームによると、この方法により「装置のサイズを大きくすることなく、時間軸上の量子ビット数を容易に増やすことができる」とのことです。 

これらの要素を組み合わせることで、必要な原材料を削減すると同時に、複数の小型量子コンピューティングユニット間の通信と量子コヒーレンスを維持する複雑さを排除することが可能になります。研究者たちは今後、フォトニクスベースの量子コンピュータの実際の構築に注力します。彼らの設計は「数百万量子ビット」まで拡張可能と見積もられているため、彼らの貢献は、実用的な量子ビット数を達成するまでの「長い道のり」を省き、量子コンピューティングに革命的な飛躍をもたらす可能性があります。