米国の科学者が、ラックマウント型ネットワークハードウェアの不気味な量子もつれに挑む

アメリカの研究者らは、約11マイルに及ぶ光ファイバーネットワークを介して量子もつれ光子を転送することに成功した。これは米国で行われた最長距離の量子もつれ実験となった。

これは史上最大の量子ネットワークではありません（その栄誉は中国のプロジェクトに与えられています）。しかし、この最新の取り組みを際立たせているのは、標準的なサーバーラックに収まり、従来の光ファイバー配線盤に接続できる可搬型の量子もつれ源の開発です。現在、同じチームは、はるかに大規模なネットワークの構築に役立つ可能性のある量子中継器の開発に取り組んでいます。

このプロジェクトは、ブルックヘブン国立研究所、ストーニーブルック大学、および米国エネルギー省が運営するエネルギー科学ネットワークの共同プロジェクトです。

単一の量子コンピュータ内で機能する量子ビットを維持することは困難な作業であり、完全に隔離された物理環境を必要とします。量子ネットワークは、量子もつれを組み込むことで、この複雑さをさらに一歩進めます。

この現象は、アルバート・アインシュタインとエルヴィン・シュレーディンガーによって初めて研究され、2つ以上の粒子が特定の物理的特性を示すようになり、たとえ数マイル離れていても、一方の粒子に変化を与えると、もう一方の粒子も即座に変化するというものです。アインシュタインはこれをユーモラスに「不気味な遠隔作用」と呼びました。

将来的には、量子ネットワーク技術を使用して、1、0、または両方を同時に伝えることができる量子情報の基本単位である量子ビットにエンコードされた情報をネットワークに送信し、計算能力が大幅に向上した量子コンピュータのクラスターを作成できるようになります。

量子ネットワークは、量子鍵配布にも不可欠だ。量子鍵配布により、ハッキング不可能な暗号化通信が可能になり、暗号化鍵は意図した受信者以外に見られた場合、無効になる。

研究者らは実験で、エネルギー科学ネットワークのファイバーとポータブルなエンタングルメント源を使用して、ブルックヘブン研究所のキャンパス全体に広がる量子ネットワークのテストベッドを構築した。

研究チームは、このエンタングルメントマシンが「量子メモリ」と互換性があると指摘した。これは、原子を充填したガラスセルに量子情報を保存する既存の技術である。これらのセルは通常、絶対零度（-273.15℃または-460°F）に保管する必要があるが、ブルックヘブンのテストベッドで研究を行っているチームは、セルの扱いやすさを大幅に向上させ、より持ち運びやすくする方法を考案した。

「私たちの量子メモリは、氷点下の低温を必要とせず、室温で動作できるという利点があります。そのため、数百キロメートルに及ぶ量子通信を実現するための技術的な鍵となる量子中継器の原理にまでテストを拡大するのは自然な流れです」と、ストーニーブルック大学の教授であり、同大学の量子情報技術グループのリーダーであるエデン・フィゲロア氏は述べています。

「リピーター」と呼ばれているにもかかわらず、これらのデバイスは、定義上、量子ビットをコピーできないため、従来のネットワーク信号増幅器とは大きく異なることに注意することが重要です。

中継技術をテストするために、研究チームはブルックヘブン研究所の量子ネットワークをストーニーブルック大学とイェール大学にすでに存在するネットワークにリンクするために必要な光接続を構築している。

量子コンピューター、ストレージデバイス、ネットワークによって、特殊なハードウェアエコシステムの始まりが見られますが、このテクノロジーが研究室から出て実際のアプリケーションに適したものになるまでには、約10年かかる可能性があります。

「サーバーラックに搭載されたエンタングルメント光子源、ポータブル量子メモリ、および操作可能なリピーターを備えた量子ネットワークを実現することで、光子量子エンタングルメントを使用して量子コンピューティングプロセッサとメモリを実際に接続した世界初の真の量子通信ネットワークが実現するだろう」とフィゲロア氏は主張した。®