提案された手法の実証には、東大とNTTが共同開発した「広帯域スクイーズド光源」と、東大とNICTが共同開発した「超伝導光子検出器」が利用された。実験では、スクイーズド光とビームスプリッタにより量子もつれのある光が生成され、そこに光フィルタと光子検出器を組み合わせることで、シュレディンガーの猫状態と呼ばれる量子光をバランス型タイムビン(time-bin)波形のパルスとして生成することに成功したという。
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生成されたシュレディンガーの猫状態のパルス波形。(A)タイムビン波形。(B)バランス型タイムビン波形 (出所:東大 Webサイト)
現在開発が進められている大規模光量子コンピュータは、複数の量子光が互いに悪影響を及ぼさないようにバランス型タイムビン波形のパルスを利用することが仮定されている。これまで、この特殊なパルス波形の実現方法は知られておらず、今回の研究が初めての実証例となったとするほか、今回の成果は、提案されたパルス波形制御手法の柔軟性の高さ、そして量子技術開発における実用性が示されているといえるとした。
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実験で使用されたキーデバイス。(左)東大とNTTで共同開発された広帯域スクイーズド光源。(右)東大とNICTで共同開発された超伝導ナノストリップ単一光子検出器(SNSPD) (出所:東大 Webサイト)
なお、今回実装されたシステムを拡張すると、シュレディンガーの猫状態以外にも一般的な量子光が生成可能になり、Q-AWGの実現につながるという。Q-AWGの最大の価値は、その汎用性にあり、光量子コンピュータが特殊なパルス波形を要求しているように、量子技術の実現には多種多様な量子光やパルス波形が必要とされ、その要求内容は次々と変わっていくと予想されることから、そうした時々のニーズに対しても、柔軟に対応できる汎用型の量子光源になれる可能性があるという。そのため、今回の研究を応用してQ-AWGが実現すれば、究極の量子光源として光量子コンピュータをはじめとするさまざまな量子技術の開発を促進することが期待できると研究チームではコメントしている。
