ウォータールー大学量子コンピューティング研究所 (IQC) の研究者たちは、量子通信分野を前進させるために、ノーベル賞を受賞した 2 つの研究コンセプトをまとめました。
科学者は現在、量子ドット源からほぼ完璧に絡み合った光子ペアを効率的に生成できるようになりました。研究「量子鍵配布のための半導体量子ドットからのフォトニックベル状態の発振」が、 コミュニケーション物理学
もつれ光子とは、長距離を越えてもつながりを保つ光の粒子であり、2022 年のノーベル物理学賞は、このテーマに関する実験を表彰しました。もつれと量子ドットを組み合わせることで、 テクノロジー 2023 年のノーベル化学賞受賞が認められた IQC 研究チームは、安全な通信を含むさまざまな用途に使用できるもつれ光子の生成プロセスの最適化を目指しました。
「高度なエンタングルメントと高効率の組み合わせは、安全な量子通信の距離を地球規模に延長したり、リモートの量子コンピュータをリンクしたりすることが想定されている量子鍵配布や量子中継器などの刺激的なアプリケーションに必要です。」と博士は述べています。マイケル・ライマー、IQCおよびウォータールー大学電気・コンピュータ工学部教授。
「これまでの実験では、ほぼ完璧なもつれか高効率のどちらかしか測定できませんでしたが、量子ドットで両方の要件を達成したのは私たちが初めてです。」
研究者らは、半導体量子ドットをナノワイヤに埋め込むことで、以前の研究よりも65倍効率的にほぼ完璧に絡み合った光子を生成するソースを作成した。
オタワのカナダ国立研究評議会と共同で開発されたこの新しい光源は、コマンドに応じてレーザーで励起してもつれたペアを生成できます。次に研究者らは、オランダのSingle Quantum社が提供する高解像度単一光子検出器を使用して、もつれの度合いを高めた。
「歴史的に、量子ドットシステムは、時間の経過とともにもつれ状態が振動する微細構造分裂と呼ばれる問題に悩まされていました。これは、遅い検出システムで測定を行うと、絡み合いの測定が妨げられることを意味します」とマッテオ・ペンナキエッティ博士は述べた。 IQC とウォータールー大学の電気・コンピュータ工学科の学生。
「私たちは量子ドットを非常に高速かつ正確な検出システムと組み合わせることでこの問題を克服しました。基本的には、振動中の各時点でもつれ状態がどのようなものであるかをタイムスタンプで取得することができ、そこから完璧なもつれが得られます。」
将来の通信アプリケーションを紹介するために、Reimer 氏と Pennacchietti 氏は、IQC の教員およびウォータールーの物理天文学部の教授である Norbert Lütkenhaus 博士と Thomas Jennewein 博士、およびそのチームと協力しました。
研究者らは、新しい量子ドットもつれソースを使用して、量子鍵配布として知られる安全な通信方法をシミュレートし、量子ドットソースが安全な量子通信の将来において大きな期待を持っていることを証明した。