JP2007233041A - 量子演算装置及び量子演算方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】光共振器の固有のモードの中に光格子を生成して、量子ビットとして用いる複数の中性原子3を光格子の各格子点に1つずつ整列させる。光格子に捕捉された中性原子3に対してレーザー光4a,4bを照射し、中性原子3と光との相互作用のみを用いて量子ビットのゲート操作を行う。
【選択図】 図2
Description
このような中性原子を用いた量子計算機の実現方法として、2重光格子や光超格子を用いる方法が提案されている(例えば、非特許文献1、非特許文献2参照)。非特許文献1では、波数ベクトルの比が有理数となる複数の光格子ポテンシャルを重畳することで生成した、原子が無い空のポテンシャル極小点を周期的に有する光超絡子を用いて、内部状態に依存して原子を輸送することにより、制御回転ゲートを実現する量子回路が提案されている。
また、本発明の量子演算装置の1構成例は、前記光共振器の固有モードの光子を媒介として、2量子ビット間の演算を行うようにしたものである。
また、本発明の量子演算装置の1構成例において、前記光格子は、前記レーザー光の焦点よりも大きな格子点間隔を持つようにしたものである。
また、本発明の量子演算装置の1構成例において、前記照射手段は、制御ビット原子と被制御ビット原子に対してそれぞれ状態変換を施す状態変換手段と、前記制御ビット原子の量子状態を前記光共振器の光子数状態に変換する量子状態−光子数状態変換手段と、前記被制御ビット原子に対してアダマール変換を行う第1のアダマール変換手段と、非共鳴ラマン遷移で前記被制御ビット原子と前記光共振器の光子数状態とを結合させる結合手段と、前記光共振器の光子数状態を前記制御ビット原子の量子状態に変換する光子数状態−量子状態変換手段と、前記制御ビット原子の量子状態を位相シフトさせる位相シフト手段と、前記被制御ビット原子に対してアダマール変換を行う第2のアダマール変換手段と、前記制御ビット原子と前記被制御ビット原子に対して前記状態変換の逆変換を施す逆変換手段とを有するものである。
光共振器中に光子が存在しない初期状態をΨ0とすると、初期状態Ψ0は次式のように表すことができる。
Ψ0=Φ00|0,0,0>+Φ01|0,1,0>+Φ10|1,0,0>
+Φ11|1,1,0> ・・・(1)
ここで、Φabはa,bおよびn以外の量子状態を表している。光共振器の光子数状態とは、光共振器モードに存在する光子の数を表す。
演算に用いる制御ビット原子と被制御ビット原子のみが光と共鳴する状態を作り出すために、制御ビット原子に対して下記の変換Aを行うと共に、被制御ビット原子に対して下記の変換Bを行う。
変換Bは、被制御ビット原子の|0>状態を|2>状態に変換し、被制御ビット原子の|1>状態を|3>状態に変換するものである。被制御ビット原子に変換Bを施すには、変換Aと同様にω0,ω1,ω2,ω3のうち2本の光を適宜組み合わせて被制御ビット原子に照射すればよい。
Ψ=Φ00|3,2,0>+Φ01|3,3,0>+Φ10|2,2,0>
+Φ11|2,3,0> ・・・(4)
Ψ=Φ00|2,2,1>+Φ01|2,3,1>+Φ10|2,2,0>
+Φ11|2,3,0> ・・・(5)
制御ビット原子の量子状態(波動関数Ψの第1引数)を光共振器の光子数状態(波動関数Ψの第3引数)に変換するには、図1に示すようにストークス光ωsrを用いて制御ビット原子にストークスラマン遷移を起こさせ、光共振器中に1つの光子(ωc)を放出させる。例えば式(4)に記載した状態|3,2,0>から式(5)に記載した状態|2,2,1>のように第1引数が|3>から|2>へと変わる過程で、光共振器中に光子が1個放出され、第3引数が1つ増える。
(b)πパルスをπ/2位相シフトして、光子数状態n=1からn=2への結合のためのπパルスを被制御ビット原子に照射して、図4(C)、図4(D)のようにブロッホベクトルを変化させる。
(c)πパルスを−π/2位相シフトして、光子数状態n=0からn=1への結合のためのπパルスを被制御ビット原子に照射して、図4(E)、図4(F)のようにブロッホベクトルを変化させる。
(d)πパルスをπ/2位相シフトして、光子数状態n=1からn=2への結合のためのπパルスを被制御ビット原子に照射して、図4(G)、図4(H)のようにブロッホベクトルを変化させる。
演算に用いる制御ビット原子と被制御ビット原子のみが光と共鳴する状態を作り出すために、式(1)で表される初期状態の制御ビット原子および被制御ビット原子に対してそれぞれ変換Bと同様の下記の変換を行う。
Ψ=Φ00|2,2,0>+Φ01|2,3,0>+Φ10|3,2,0>
+Φ11|3,3,0> ・・・(13)
Ψ=Φ00|2,2,0>+Φ01|2,3,0>+Φ10|2,2,1>
+Φ11|2,3,1> ・・・(14)
また、光共振器の環境条件は、光格子のモット絶縁状態を作れる一般的な条件が必要となる。すなわち、温度は1マイクロケルビン以下が好適となる。また、光ポテンシャルは、ラムディッケ条件(光格子ポテンシャルをつくる光子の反跳によって、原子がポテンシャルを飛び出さない条件)を充足しなければならない。このような原子種や環境条件については、文献「Markus Greiner et al.,“Quantum phase transition from a superfluid to a Mott insulator in a gas of ultracold atoms”,Nature,2002,Vol.415,p.39-44」に記載されている。
Claims (10)
- 光共振器と、
この光共振器の固有のモードの中に光格子を生成して、量子ビットとして用いる複数の中性原子を前記光格子の各格子点に1つずつ整列させる手段と、
前記光格子に捕捉された中性原子に対してレーザー光を照射する照射手段とを備え、
前記中性原子と前記レーザー光との相互作用を用いて前記量子ビットのゲート操作を行うことを特徴とする量子演算装置。 - 請求項1記載の量子演算装置において、
前記光共振器の固有モードの光子を媒介として、2量子ビット間の演算を行うことを特徴とする量子演算装置。 - 請求項1記載の量子演算装置において、
前記光格子は、前記レーザー光の焦点よりも大きな格子点間隔を持つことを特徴とする量子演算装置。 - 請求項1記載の量子演算装置において、
前記照射手段は、
制御ビット原子と被制御ビット原子に対してそれぞれ状態変換を施す状態変換手段と、
前記制御ビット原子の量子状態を前記光共振器の光子数状態に変換する量子状態−光子数状態変換手段と、
前記被制御ビット原子に対してアダマール変換を行う第1のアダマール変換手段と、
共鳴ラマン遷移で前記被制御ビット原子と前記光共振器の光子数状態とを結合させる結合手段と、
前記被制御ビット原子に対してアダマール変換を行う第2のアダマール変換手段と、
前記光共振器の光子数状態を前記制御ビット原子の量子状態に変換する光子数状態−量子状態変換手段と、
前記制御ビット原子と前記被制御ビット原子の位相をそれぞれ反転させる反転手段と、
前記制御ビット原子と前記被制御ビット原子に対して前記状態変換の逆変換を施す逆変換手段とを有することを特徴とする量子演算装置。 - 請求項1記載の量子演算装置において、
前記照射手段は、
制御ビット原子と被制御ビット原子に対してそれぞれ状態変換を施す状態変換手段と、
前記制御ビット原子の量子状態を前記光共振器の光子数状態に変換する量子状態−光子数状態変換手段と、
前記被制御ビット原子に対してアダマール変換を行う第1のアダマール変換手段と、
非共鳴ラマン遷移で前記被制御ビット原子と前記光共振器の光子数状態とを結合させる結合手段と、
前記光共振器の光子数状態を前記制御ビット原子の量子状態に変換する光子数状態−量子状態変換手段と、
前記制御ビット原子の量子状態を位相シフトさせる位相シフト手段と、
前記被制御ビット原子に対してアダマール変換を行う第2のアダマール変換手段と、
前記制御ビット原子と前記被制御ビット原子に対して前記状態変換の逆変換を施す逆変換手段とを有することを特徴とする量子演算装置。 - 光共振器の固有のモードの中に光格子を生成して、量子ビットとして用いる複数の中性原子を前記光格子の各格子点に1つずつ整列させる捕捉手順と、
前記光格子に捕捉された中性原子に対してレーザー光を照射する照射手順とを備え、
前記中性原子と前記レーザー光との相互作用を用いて前記量子ビットのゲート操作を行うことを特徴とする量子演算方法。 - 請求項6記載の量子演算方法において、
前記光共振器の固有モードの光子を媒介として、2量子ビット間の演算を行うことを特徴とする量子演算方法。 - 請求項6記載の量子演算方法において、
前記光格子は、前記レーザー光の焦点よりも大きな格子点間隔を持つことを特徴とする量子演算方法。 - 請求項6記載の量子演算方法において、
前記照射手順は、
制御ビット原子と被制御ビット原子に対してそれぞれ状態変換を施す状態変換手順と、
前記制御ビット原子の量子状態を前記光共振器の光子数状態に変換する量子状態−光子数状態変換手順と、
前記被制御ビット原子に対してアダマール変換を行う第1のアダマール変換手順と、
共鳴ラマン遷移で前記被制御ビット原子と前記光共振器の光子数状態とを結合させる結合手順と、
前記被制御ビット原子に対してアダマール変換を行う第2のアダマール変換手順と、
前記光共振器の光子数状態を前記制御ビット原子の量子状態に変換する光子数状態−量子状態変換手順と、
前記制御ビット原子と前記被制御ビット原子の位相をそれぞれ反転させる反転手順と、
前記制御ビット原子と前記被制御ビット原子に対して前記状態変換の逆変換を施す逆変換手順とからなることを特徴とする量子演算方法。 - 請求項6記載の量子演算方法において、
前記照射手順は、
制御ビット原子と被制御ビット原子に対してそれぞれ状態変換を施す状態変換手順と、
前記制御ビット原子の量子状態を前記光共振器の光子数状態に変換する量子状態−光子数状態変換手順と、
前記被制御ビット原子に対してアダマール変換を行う第1のアダマール変換手順と、
非共鳴ラマン遷移で前記被制御ビット原子と前記光共振器の光子数状態とを結合させる結合手順と、
前記光共振器の光子数状態を前記制御ビット原子の量子状態に変換する光子数状態−量子状態変換手順と、
前記制御ビット原子の量子状態を位相シフトさせる位相シフト手順と、
前記被制御ビット原子に対してアダマール変換を行う第2のアダマール変換手順と、
前記制御ビット原子と前記被制御ビット原子に対して前記状態変換の逆変換を施す逆変換手順とからなることを特徴とする量子演算方法。
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JP2011232400A (ja) * | 2010-04-23 | 2011-11-17 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 量子ビット形成装置および量子ビット形成方法 |
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JP2006198733A (ja) * | 2005-01-21 | 2006-08-03 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 光超格子及びその製造方法 |
Cited By (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009080311A (ja) * | 2007-09-26 | 2009-04-16 | Toshiba Corp | 光共振器 |
JP2011141510A (ja) * | 2009-12-11 | 2011-07-21 | Kinki Univ | 量子計算機及び複数量子ビット形成方法 |
JP2011232400A (ja) * | 2010-04-23 | 2011-11-17 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 量子ビット形成装置および量子ビット形成方法 |
JP2017053989A (ja) * | 2015-09-09 | 2017-03-16 | 株式会社東芝 | 量子計算機及び量子計算方法 |
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