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2022年8月の研究論文・ハードウェア編

By Dr. Chris Mansell



Title: Single-Atom Trapping in a Metasurface-Lens Optical Tweezer(メタサーフェス・レンズ型光ピンセットにおける単一原子のトラッピング)

Organizations: National Institute of Standards and Technology; University of Colorado


レンズは通常、ガラスのような空間均一な材料で、精密な形状に製造されている。逆に、形状は非常にシンプルでありながら、光学特性は空間的に変化するようにしたらどうだろうか。理論的には、メタサーフェス・レンズと呼ばれるこのレンズは、とても実用的で優れた性能を発揮する可能性がある。冷却原子量子コンピュータでは、原子の量子ビットを制御するために、高開口数の非球面レンズなど、最高級の光学部品が必要とされる。近年、メタサーフェス・レンズは、磁気光学トラップを作るビームを操作することにより、冷却原子実験でデビューした。この新しい研究は、メタサーフェスレンズを使って、単一原子を捕捉して画像化できる光ピンセットを作ることができることを示している。従来のレンズの性能を上回ることはできなかったものの、現在進行中のメタサーフェス・デザインの発展を利用して、中性原子アレイに対する制御を大幅に改善できるという考えに信憑性を与えている。



Title: Cavity-Enhanced Optical Lattices for Scaling Neutral Atom Quantum Technologies to Higher Qubit Numbers(キャビティ強化型光学ラティスによる中性原子量子技術の高キュービット化へのスケールアップ)

Organizations: Max-Planck-Institut für Quantenoptik; Munich Center for Quantum Science and Technology; Institute of Physics, Croatia; Ludwig-Maximilians-Universität München


干渉するレーザービームによって、光格子と呼ばれる中性原子トラップの規則的な間隔の配列が作られる。このシステムは、トラップを浅くすることで量子シミュレーションに、深くすることで原子時計や量子コンピュータに利用することができる。上記のアプリケーションはすべて、トラップの数と相互の類似性を増やすことでメリットが得られる。残念ながら、干渉するレーザーのパワーには制限があるため、トラップの数と深さの間にはトレードオフが。共振器と呼ばれる一対の鏡は、原子が1列しかない場合にレーザー出力を高めることができる。2次元または3次元の格子状の原子の場合、実験上の課題は依然として厳しい。この論文では、モノリシックアセンブリと超低膨張ガラススペーサーを使用して、2次元キャビティ強化光格子を作成することにより、機械的および熱的安定性に関する問題を克服している。



Title: Small-world complex network generation on a digital quantum processor(デジタル量子プロセッサーによるスモールワールド複雑ネットワーク生成)

Organizations: National Renewable Energy Laboratory, USA; ColdQuanta; University of Texas; Colorado School of Mines; NVIDIA; Google


最も単純な規則に従って作用する、最も単純な構成要素から現れる最も複雑な現象とは何だろうか? オン/オフの2つの状態のどちらかしかないビットよりも、シンプルなものを得るのは難しい。同様に、自己複製など、生命に近いプロセスよりも複雑な行動を考えるのは難しいものだ。それにも関わらず、「2つまたは3つのオン状態の隣接ビットがあるときのみオン状態を維持し、3つのオン状態の隣接ビットがあるときのみオフ状態をオンにする」といった単純なルールによって、2次元配列のビットが生きているように見えることはある。この注目すべき系の量子一般化は、30年以上にわたって研究されてきた。これまで、量子セルオートマトン(QCA)がどのように振る舞うかをシミュレーションするためには、古典的な装置を用いる必要があった。今回、Googleの Sycamoreプロセッサに関連する超伝導量子コンピュータで1次元QCAが実現された。特筆すべきは、実験誤差によって予測される構造の一部が形成されなくなる、ということがなかった点である。例えば、量子ビットのペア間の相互情報にはスモールワールド的な性質があることが示された。今後の研究は、強相関物質のシミュレーションや、量子優位性の実証へとつながっていくだろう。


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