横浜国立大学(横国大)は7月29日、ダイヤモンド中の「窒素-空孔中心」(NV中心)からなるスピン量子ビットを、独自の手法で高空間分解能かつ高忠実度に制御し、「光ランダムアクセス量子メモリ」の原理実証をすることに成功したと発表した。

同成果は、横国大大学院 工学研究院/先端科学高等研究院の関口雄平助教、同・小坂英男教授らの研究チームによるもの。詳細は、英科学誌「Nature」系の光学に関する全般を扱う学術誌「Nature Photonics」に掲載された。

NV中心は、ダイヤモンド中の隣接した2つの炭素において、1つの炭素が窒素(N)に、もう1つの炭素が空孔(V)に置換されたものであり、電子スピンや核スピンを持つことから、スピン量子ビットとして用いる研究が盛んに行われている。

そのメモリ時間は、最大で1秒を超えるほどで、超伝導量子ビットや半導体量子ドットなど、ほかの材料に比べて長いことが知られており、特に長寿命量子メモリを必要とする量子中継器の材料として期待が寄せられている。

通常、スピン量子ビットはマイクロ波やラジオ波によって量子制御されるが、それらの波は微小空間的に局在させることができないため、従来の制御手法では隣り合ったスピン量子ビットを個別に制御することが困難であり、その解決に向け、空間分解能の高い光を使ったスピン制御手法も開発されてきたが、忠実度が低いことや、十分に高精度な制御ができないという問題を抱えていたという。

そこで研究チームは今回、NV中心からなるスピン量子ビットを、独自の手法を用いて高空間分解能かつ高忠実度に量子制御することに挑戦することにしたという。