JP3297682B2 - Quantum operation device and quantum operation device - Google Patents

Quantum operation device and quantum operation device

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JP3297682B2
JP3297682B2 JP07051397A JP7051397A JP3297682B2 JP 3297682 B2 JP3297682 B2 JP 3297682B2 JP 07051397 A JP07051397 A JP 07051397A JP 7051397 A JP7051397 A JP 7051397A JP 3297682 B2 JP3297682 B2 JP 3297682B2
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浩二 太田
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、量子コンピュータ等
に用いる量子演算素子に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a quantum operation device used for a quantum computer or the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】量子コンピュータにおいて、基底状態に
ある原子を”0”として符号化し、励起状態にある原子
を”1”として符号化することが提案されている。この
ような1つの原子は、演算器の最小要素として、量子ビ
ット(quantum bit)あるいはキュービット(qubit)と呼ば
れている。
2. Description of the Related Art In a quantum computer, it has been proposed to code an atom in a ground state as "0" and code an atom in an excited state as "1". Such one atom is called a quantum bit or a qubit as a minimum element of the arithmetic unit.

【0003】キュービットとして、図21に示すような
装置が具体化されている。チラク(J.I.Chirac)とゾラー
(P.Zoller)は、この装置によって、コントロールドノッ
トを実現した。また、ワインランドら(Winland et al)
は、この装置によって、エクスクルーシブORを実現し
た。この装置は、真空容器中に4つの電極2a〜2dを
配置した構造となっている。この真空容器中にレーザ冷
却したWigner結晶を入れ、各電極2a〜2dに高周波電
圧を印加し、これによってWigner結晶をイオン4a〜4
eとして電極2a〜2d間に保持するものである(イオ
ンとラップと呼ばれる)。このようにしてトラップした
イオン4a〜4eに対し、レーザ光を照射することによ
って、励起状態を変化させて演算を行う。なお、励起状
態を変化させたいイオンのみを狙ってレーザを照射する
ことにより、演算の制御を行う。このようにして、量子
演算を行うことができる。
As a qubit, an apparatus as shown in FIG. 21 is embodied. JIChirac and Zoller
(P.Zoller) realized a controlled knot with this device. Also, Winland et al
Realized an exclusive OR with this device. This device has a structure in which four electrodes 2a to 2d are arranged in a vacuum vessel. A laser-cooled Wigner crystal is placed in this vacuum vessel, and a high-frequency voltage is applied to each of the electrodes 2a to 2d.
e is held between the electrodes 2a to 2d (called an ion and a wrap). By irradiating the trapped ions 4a to 4e with a laser beam, the excited state is changed to perform the calculation. The calculation is controlled by irradiating the laser with only the ions whose excitation state is to be changed. Thus, a quantum operation can be performed.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
装置には次のような問題があった。
However, the above apparatus has the following problems.

【0005】第一に、真空容器、レーザ冷却装置等が必
要であり、トラップできるイオンの数に比べて装置が大
きい。このため、いまだ実験の域を出ず、実用的な量子
演算器とは言い難いという問題があった。
First, a vacuum vessel, a laser cooling device, and the like are required, and the device is large compared to the number of ions that can be trapped. For this reason, there has been a problem that it has not yet come out of the field of experiments and cannot be said to be a practical quantum calculator.

【0006】第二に、トラップされたイオンに対して狙
いをつけてレーザ光を照射しなければならない。このた
め、精密な照射制御が必要であり、装置の複雑化を招く
という問題があった。
Second, the trapped ions must be irradiated with a laser beam in a targeted manner. Therefore, there is a problem that precise irradiation control is required and the apparatus becomes complicated.

【0007】第三に、イオンを電極の間の空間に保持す
る構造であるため、イオンを一定の位置に固定するのが
困難である。このため、特定のイオンに対して正確にレ
ーザ光を照射することが困難であった。また、イオンの
数が増えるほど、イオンを一定の位置に固定することが
困難となるので、演算ビット数の数に限界があった。
Third, since the structure is such that ions are held in the space between the electrodes, it is difficult to fix the ions at a fixed position. For this reason, it has been difficult to accurately irradiate specific ions with laser light. In addition, as the number of ions increases, it becomes more difficult to fix ions at a fixed position, so that the number of operation bits is limited.

【0008】この発明は、上記のような問題を解決し
て、実用化しうる量子演算器を提供することを目的とす
る。
[0008] It is an object of the present invention to solve the above-mentioned problems and to provide a quantum operator which can be put to practical use.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】請求項1の量子演算素子
は、金属原子または分子を、有機化合物によって包含
し、パイ電子の励起状態によって情報を表すように構成
している。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a quantum operation device in which a metal atom or a molecule is included in an organic compound, and information is represented by an excited state of pi electrons.

【0010】請求項2の量子演算器は、金属原子または
分子を有機化合物によって包含した量子演算素子を複数
有する量子演算素子群と、所望の波長の光を、前記量子
演算素子群に照射する照射手段とを備え、各量子演算素
子ごとにパイ電子を励起する光の波長を選択的に決定す
るとともに、照射手段による光の波長を選択することに
より演算を行うように構成したことを特徴としている。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a quantum operation device including a plurality of quantum operation devices including a plurality of quantum operation devices including metal atoms or molecules in an organic compound, and an irradiation device for irradiating the quantum operation device group with light having a desired wavelength. Means for selectively determining the wavelength of light that excites pi electrons for each quantum operation element, and performing calculations by selecting the wavelength of light by the irradiation means. .

【0011】請求項3の量子演算素子または量子演算器
は、有機化合物がフラーレンであることを特徴としてい
る。
According to a third aspect of the present invention, the organic compound is a fullerene.

【0012】請求項4の量子演算素子または量子演算器
は、有機化合物がカーボンナノチューブであることを特
徴としている。
According to a fourth aspect of the present invention, the organic compound is a carbon nanotube.

【0013】請求項5の量子演算器は、各フラーレンま
たはカーボンナノチューブ間を、パイ電子共役系でない
有機架橋分子により連結させ、量子力学的相互作用を無
くしたことを特徴としている。
The quantum operator according to claim 5 is characterized in that the fullerenes or carbon nanotubes are connected by an organic bridging molecule that is not a pi-electron conjugated system, thereby eliminating the quantum mechanical interaction.

【0014】請求項6の量子演算器は、各フラーレンま
たはカーボンナノチューブ間を、パイ電子共役系である
有機架橋分子により連結させ、量子力学的相互作用を生
じさせるようにしたことを特徴としている。
The quantum operator according to claim 6 is characterized in that each fullerene or carbon nanotube is linked by a pi-electron conjugated organic bridging molecule to generate a quantum mechanical interaction.

【0015】請求項7の量子演算器は、パイ電子共役系
である有機架橋分子によって連結された各フラーレンま
たはカーボンナノチューブの、前記有機架橋分子に設け
た側鎖によって、各フラーレンまたはカーボンナノチュ
ーブ間の量子力学的相互作用の強さを選択するように構
成したことを特徴としている。
According to a seventh aspect of the present invention, the fullerenes or carbon nanotubes connected by the organic bridging molecules, which are pi-electron conjugated systems, are formed between the fullerenes or carbon nanotubes by the side chains provided in the organic bridging molecules. It is characterized in that it is configured to select the strength of the quantum mechanical interaction.

【0016】請求項8の量子演算器は、レーザ光の照射
により基底状態から励起状態までの連続的な重ね合わせ
の状態をとりうる量子演算素子を複数個有する量子演算
器であって、各量子演算素子ごとにその状態を変化させ
るレーザ光の波長を選択的に決定しておき、状態を変化
させたい量子演算素子に対応する波長のレーザ光を照射
することにより演算を行うことを特徴としている。
According to another aspect of the present invention, there is provided a quantum operator having a plurality of quantum operators that can assume a continuous superimposed state from a ground state to an excited state by irradiating a laser beam. It is characterized in that the wavelength of the laser light whose state is to be changed is selectively determined for each arithmetic element, and the operation is performed by irradiating the laser light of the wavelength corresponding to the quantum arithmetic element whose state is to be changed. .

【0017】[0017]

【発明の効果】請求項1の量子演算素子は、金属原子ま
たは分子を有機化合物によって包含し、パイ電子の励起
状態により情報を表すようにしている。したがって、金
属原子(分子)と有機化合物とをまとめて、1つのキュ
ービットとして扱うことを可能としている。また、キュ
ービットを物理的に所定の位置に保持できるので、電極
等の保持のための装置が必要でない。
According to the quantum operation device of the first aspect, a metal atom or a molecule is included in an organic compound, and information is represented by an excited state of pi electrons. Therefore, it is possible to collectively handle metal atoms (molecules) and organic compounds as one qubit. Further, since the qubit can be physically held at a predetermined position, a device for holding the electrodes and the like is not required.

【0018】請求項2の量子演算器は、各量子演算素子
ごとにパイ電子を励起する光の波長を選択的に決定する
とともに、照射手段による光の波長を選択することによ
り演算を行うようにしている。したがって、光の照射位
置を変えることなく、必要な素子のみに対して、選択的
に演算を行うことができる。また、波長を変えることに
より演算内容を変えることができる。
According to a second aspect of the present invention, the quantum operator selectively determines the wavelength of the light for exciting the pi electrons for each quantum operation element, and performs the operation by selecting the wavelength of the light by the irradiation means. ing. Therefore, it is possible to selectively perform calculations only on necessary elements without changing the irradiation position of light. Further, by changing the wavelength, the content of the calculation can be changed.

【0019】請求項3の量子演算素子または量子演算器
は、有機化合物がフラーレンであることを特徴としてい
る。つまり、フラーレンの中に金属原子または分子を包
含することにより固体となっているので、レーザ冷却を
行う必要がない。
According to a third aspect of the present invention, the organic compound is a fullerene. That is, since the fullerene is solid by including metal atoms or molecules in the fullerene, it is not necessary to perform laser cooling.

【0020】請求項4の量子演算素子または量子演算器
は、有機化合物がカーボンナノチューブであることを特
徴としている。つまり、カーボンナノチューブの中に金
属原子または分子を包含することにより固体となってい
るので、レーザ冷却を行う必要がない。
According to a fourth aspect of the present invention, the organic compound is a carbon nanotube. That is, since the carbon nanotube is solid by including metal atoms or molecules in the carbon nanotube, it is not necessary to perform laser cooling.

【0021】請求項7の量子演算器は、パイ電子共役系
である有機架橋分子によって連結された各フラーレンま
たはカーボンナノチューブの、前記有機架橋分子に設け
た側鎖によって、各フラーレンまたはカーボンナノチュ
ーブ間の量子力学的相互作用の強さを選択するように構
成している。したがって、量子力学的相互作用に基づく
演算を行う量子演算器を容易に形成することができる。
According to a seventh aspect of the present invention, the fullerenes or carbon nanotubes connected by the organic bridging molecules which are pi-electron conjugated systems are connected to each other by the side chains provided in the organic bridging molecules. It is configured to select the strength of the quantum mechanical interaction. Therefore, it is possible to easily form a quantum operator that performs an operation based on the quantum mechanical interaction.

【0022】請求項8の量子演算器は、各量子演算素子
ごとにその状態を変化させるレーザ光の波長を選択的に
決定しておき、状態を変化させたい量子演算素子に対応
する波長のレーザ光を照射することにより演算を行うよ
うにしている。したがって、光の照射位置を変えること
なく、必要な素子のみに対して、選択的に演算を行うこ
とができる。
According to another aspect of the present invention, there is provided a quantum operation device wherein a wavelength of a laser beam whose state is to be changed is selectively determined for each quantum operation element, and a laser having a wavelength corresponding to the quantum operation element whose state is to be changed is provided. The calculation is performed by irradiating light. Therefore, it is possible to selectively perform calculations only on necessary elements without changing the irradiation position of light.

【0023】[0023]

【発明の実施形態】図1に、この発明の一実施形態によ
るキュービット(量子演算素子)の構造を一例として示
す。球殻状炭素ケージの中にランタンLaが内包された構
造となっている。図1の例では、82個の炭素Cによる
ケージの中にランタンLaが内包されているので、La@C82
と表す。なお、@は内包を示す記号である。La@C82の化
学式を図1Aに示し、その構造を図1Bに示す。
FIG. 1 shows an example of the structure of a qubit (quantum operation element) according to an embodiment of the present invention. The structure is such that lanthanum La is included in a spherical shell-shaped carbon cage. In the example of FIG. 1, since lanthanum La is contained in a cage made of 82 carbon C, La @ C 82
It expresses. Note that @ is a symbol indicating inclusion. The chemical formula of La @ C 82 is shown in FIG. 1A, and the structure is shown in FIG. 1B.

【0024】このLa@C82は、La3+@C82 3-の電子構造を有
する。また、電子を失いカチオン[La@C82]-になって
も、電子を受け取ってアニオン[La@C82]+になっても、
金属上の電荷は中性のものとほとんど変化せず、電子の
授受はフラーレン上で起こる。つまり、La@C82は、金属
を正電荷核とし、フラーレン上のパイ電子を電子とした
スーパーアトムとみなすことができる。
This La @ C 82 has an electronic structure of La 3+ @C 82 3- . In addition, even if it loses an electron and becomes a cation [La @ C 82 ] - , it receives an electron and becomes an anion [La @ C 82 ] + ,
The charge on the metal is almost the same as the neutral one, and electron transfer occurs on fullerene. In other words, La @ C 82 can be regarded as a superatom in which metal is a positive charge nucleus and pi electrons on fullerene are electrons.

【0025】金属内包フラーレンLa@C82に、所定波長の
レーザ光を照射すると、図2に示すように、その照射エ
ネルギーに応じて、スーパーアトムのパイ電子の励起状
態が変化する。つまり、照射エネルギーに応じて基底状
態と励起状態の間をSin2で推移する。したがって、基底
状態を励起状態に変化させるため(あるいは励起状態を
基底状態に変化させるため)には、この正弦関数の2乗
のπ周期に相当するエネルギーのレーザ光(πパルスと
呼ぶ)を照射すればよい。
When the metal-encapsulated fullerene La @ C 82 is irradiated with laser light of a predetermined wavelength, the excited state of the superatom pi electrons changes according to the irradiation energy as shown in FIG. That is, a transition between the ground state and the excited state occurs at Sin 2 according to the irradiation energy. Therefore, in order to change the ground state to the excited state (or to change the excited state to the ground state), a laser beam (referred to as a π pulse) having an energy corresponding to the π cycle of the square of the sine function is applied. do it.

【0026】なお、金属内包フラーレンLa@C82の励起状
態を変化させるためには、特定の波長のレーザ光を用い
なければならない。つまり、異なる波長のレーザ光で
は、照射エネルギーに拘わらず、励起状態が変化しな
い。このように金属内包フラーレンは、レーザ光に対す
る波長選択性を有する。金属内包フラーレンの固有波長
(励起状態を変化させうるレーザ光の波長)は、内包金
属の種類、内包金属の数、フラーレンの炭素数等の組み
合わせによって選択可能である。
In order to change the excited state of the metal-encapsulated fullerene La @ C 82 , a laser beam having a specific wavelength must be used. That is, the excitation state does not change with laser light of different wavelengths regardless of the irradiation energy. As described above, the metal-encapsulated fullerene has wavelength selectivity to laser light. The intrinsic wavelength of the metal-encapsulated fullerene (the wavelength of the laser beam that can change the excited state) can be selected by a combination of the type of the included metal, the number of the included metals, the carbon number of the fullerene, and the like.

【0027】金属内包フラーレンは、M@C60として、M=C
a,Ba,Sr,Na,Uが合成可能であり、また、ScやYなどの3
族金属元素やGdなどの希土類元素とC82との組み合わせ
によっても合成可能である。また、金属原子または分子
が複数個内包されたSc2@C84,SC3@C82,La2@C80等も合成
可能である。このように、金属内包フラーレンは多くの
種類を製造可能であり、それぞれに固有波長が異なるの
で、多数ビットの量子演算器を得るために好ましい素子
である。
The metal-encapsulated fullerene is represented by M = C 60 , M = C
a, Ba, Sr, Na, U can be synthesized, and 3 such as Sc and Y
It can also be synthesized by a combination of a group 82 metal element or a rare earth element such as Gd with C82. In addition, Sc 2 @C 84 , SC 3 @C 82 , La 2 @C 80, etc. containing a plurality of metal atoms or molecules can also be synthesized. As described above, many types of metal-encapsulated fullerenes can be manufactured, and each of them has a different intrinsic wavelength. Therefore, it is a preferable element for obtaining a multi-bit quantum operation device.

【0028】なお、上記では、金属内包フラーレンにつ
いて説明したが、フラーレンの中央部に中空状のグラフ
ァイトを配置したカーボンナノチューブの中に金属を内
包してもよい(図1C参照)。金属内包カーボンナノチ
ューブを用いれば、中央部のグラファイトの長さを変え
ることにより、種々の固有波長を持つものを容易に得る
ことができる。なお、金属内包フラーレン、金属内包カ
ーボンナノチューブの製法は、"Laserevapolation meth
od", R.E.Smalley, Acc Chem. Res. 25,98(1992):"Resi
stance evapolation method", A.S.Koch, K.C.Khemani
& F.Wudl, J.Org.Chem., 56,4593(1991):"Plasma induc
tion method", G.Peters & M.Jansen, 31,223(1992)に
詳しい。
In the above description, the metal-encapsulated fullerene has been described. However, a metal may be included in a carbon nanotube in which hollow graphite is arranged in the center of the fullerene (see FIG. 1C). If the metal-encapsulated carbon nanotube is used, one having various intrinsic wavelengths can be easily obtained by changing the length of the graphite at the center. The method for producing metal-encapsulated fullerenes and metal-encapsulated carbon nanotubes is described in "Laserevapolation meth
od ", RESmalley, Acc Chem. Res. 25, 98 (1992):" Resi
stance evapolation method ", ASKoch, KCKhemani
& F. Wudl, J. Org. Chem., 56, 4593 (1991): "Plasma induc
tion method ", G. Peters & M. Jansen, 31,223 (1992).

【0029】ところで、上記の金属内包フラーレンや金
属内包カーボンナノチューブによるキュービットを複数
用いれば、量子演算器を構成できる。この場合、各キュ
ービット間の量子力学的相互作用の度合いは、その連結
方法、連結距離等によって設定できる。たとえば、図1
Dに示すように、カーボンナノチューブの中に、複数の
金属を内包した場合、各金属に対応する各キュービット
は、パイ電子共役系によって連結されることとなる。し
たがって、各キュービットは、このパイ電子によって、
量子力学的相互作用を持つこととなる。
By using a plurality of qubits made of the above-mentioned metal-encapsulated fullerenes and metal-encapsulated carbon nanotubes, a quantum operator can be constructed. In this case, the degree of the quantum mechanical interaction between the qubits can be set by the connection method, the connection distance, and the like. For example, FIG.
As shown in D, when a plurality of metals are included in the carbon nanotube, each qubit corresponding to each metal is connected by a pi-electron conjugate system. Therefore, each qubit is
It will have a quantum mechanical interaction.

【0030】また、図20Aに示すように、フラーレン
100、102(またはカーボンナノチューブ)の間
を、パイ電子共役な架橋分子であるカーボンパイプ10
4等によってつなぐと、量子力学的相互作用を持つ。
As shown in FIG. 20A, a carbon pipe 10 which is a pi-electron conjugated cross-linking molecule is provided between fullerenes 100 and 102 (or carbon nanotubes).
When they are connected by 4th magnitude, they have quantum mechanical interaction.

【0031】一方、図20Bに示すように、フラーレン
100、102(またはカーボンナノチューブ)の間
を、パイ電子共役でない106アルキル鎖等によってつ
なぐと、量子力学的相互作用を持たない。
On the other hand, as shown in FIG. 20B, when fullerenes 100 and 102 (or carbon nanotubes) are connected by a 106 alkyl chain which is not pi-electron conjugate, there is no quantum mechanical interaction.

【0032】さらに、図20Aの構造における両キュー
ビット100、102の量子力学的相互作用の強さは、
架橋分子に側鎖(cl)等を設け、その数によって調整する
ことができる(図20C参照)。
Furthermore, the strength of the quantum mechanical interaction between the two qubits 100 and 102 in the structure of FIG.
A cross-linking molecule can be provided with a side chain (cl) or the like and adjusted by the number thereof (see FIG. 20C).

【0033】次に、上記の量子演算素子を複数用いて構
成した量子演算器(量子コンピュータ)について説明す
る。まず、レーザ光を照射した場合を除いて、各キュー
ビット間に量子力学的相互作用がないファインマン型の
量子コンピュータについて説明し、その後で、レーザ光
の照射の有無に拘わらず、各キュービット間に量子力学
的相互作用がある量子コンピュータについて説明する。
Next, a description will be given of a quantum computing device (quantum computer) constituted by using a plurality of the above quantum computing devices. First, a Feynman-type quantum computer having no quantum mechanical interaction between qubits, except for the case where laser light is irradiated, will be described. A quantum computer having a quantum mechanical interaction is described below.

【0034】図3に、ファインマン型の量子コンピュー
タの構造を示す。基板6(ガラス基板、透明セラミック
ス等が好ましい)の上に、n個の金属内包フラーレン
(および金属内包カーボンナノチューブ)がキュービッ
ト8a〜8nとして載置されている。これらの周囲を、
有機ポリマー、低融点ガラス等(図示せず)によって固
めて、チップとしている。各キュービット8a〜8n
は、必要に応じて、円筒状のグラファイトに16よって
連結されている。なお、図3においては、キュービット
8a〜8nを一列に直線状に配置しているが、平面的に
配置してもよく、また立体的に配置してもよい。どのよ
うに配置するかは、キュービット間の相互作用等との関
係から決定すればよい。
FIG. 3 shows the structure of a Feynman quantum computer. On a substrate 6 (preferably a glass substrate, transparent ceramics or the like), n metal-encapsulated fullerenes (and metal-encapsulated carbon nanotubes) are mounted as qubits 8a to 8n. Around these
The chip is solidified by an organic polymer, a low melting point glass or the like (not shown). Each qubit 8a-8n
Are connected by cylindrical graphite 16 as needed. In FIG. 3, the qubits 8a to 8n are arranged linearly in a line, but they may be arranged two-dimensionally or three-dimensionally. The arrangement may be determined from the relationship with the interaction between qubits and the like.

【0035】これらキュービット8a〜8nの上部に
は、レーザ発光部12、ホモダイン検波回路14が設け
られている。また、これらレーザ発光部12、ホモダイ
ン検波回路14を制御する制御回路10が設けられてい
る。図4に、レーザ発光部12、ホモダイン検波回路1
4、制御回路10の詳細を示す。レーザ発光部12は、
m個のレーザ発光体12a〜12mを備えている。各レ
ーザ発光体12a〜12mは、それぞれ異なる波長のレ
ーザ光を、キュービット8a〜8n全体に向けて照射す
るものである。なお、各発光体12a〜12mの照射タ
イミング、照射時間等は、発光制御回路18によって制
御される。ホモダイン検波回路14は、レーザ発光部1
2から照射された光とキュービット8a〜8nから発せ
られる光との位相差に対応した電気信号を出力する。統
合制御回路22は、発光制御回路18を制御していずれ
の発光体12a〜12mを発光するかを決定するととも
に、ホモダイン検波回路14からの位相差信号を受け
る。これにより、統合制御回路22は、キュービット8
a〜8nへの情報の書き込み、演算、読み出しを制御す
る。
Above these qubits 8a to 8n, a laser emitting section 12 and a homodyne detection circuit 14 are provided. Further, a control circuit 10 for controlling the laser emitting section 12 and the homodyne detection circuit 14 is provided. FIG. 4 shows a laser light emitting unit 12 and a homodyne detection circuit 1.
4. Details of the control circuit 10 will be described. The laser emitting unit 12
It has m laser emitters 12a to 12m. Each of the laser light emitters 12a to 12m irradiates laser light of a different wavelength to the entire qubit 8a to 8n. The irradiation timing, irradiation time, and the like of each of the light emitters 12a to 12m are controlled by the light emission control circuit 18. The homodyne detection circuit 14 includes the laser emitting unit 1
2 outputs an electric signal corresponding to the phase difference between the light emitted from 2 and the light emitted from the qubits 8a to 8n. The integrated control circuit 22 controls the light emission control circuit 18 to determine which of the light emitters 12a to 12m emit light, and receives the phase difference signal from the homodyne detection circuit 14. Thereby, the integrated control circuit 22 sets the qubit 8
It controls writing, calculation, and reading of information from a to 8n.

【0036】この量子コンピュータは、各キュービット
8a〜8nの固有波長、基底状態および励起状態におけ
るエネルギー、照射するレーザ光の波長、レーザ光が照
射された場合の各キュービット8a〜8n間の相互作用
によって、演算の内容が決定される。次に、演算内容の
設定について説明する。
The quantum computer calculates the intrinsic wavelength of each of the qubits 8a to 8n, the energy in the ground state and the excited state, the wavelength of the laser light to be irradiated, and the mutual energy between the qubits 8a to 8n when the laser light is irradiated. The operation determines the content of the operation. Next, the setting of the operation content will be described.

【0037】まず、図5Aに示すように、キュービット
が1つの場合について説明する。励起状態を「1」と
し、そのエネルギーをEA 1として、基底状態を「0」と
し、そのエネルギーをEA 0とする。このとき、ハミルト
ニアンHは、下式にて示される。
First, the case where there is one qubit as shown in FIG. 5A will be described. The excited state is “1”, the energy is E A 1 , the ground state is “0”, and the energy is E A 0 . At this time, the Hamiltonian H is represented by the following equation.

【0038】[0038]

【数1】 (Equation 1)

【0039】ここで、スピンを考えなければ、ハミルト
ニアンHは下式となる。
If the spin is not considered, the Hamiltonian H is given by the following equation.

【0040】[0040]

【数2】 (Equation 2)

【0041】基底状態から励起状態にするため(励起状
態から基底状態にするため)のエネルギーhυ(πパル
ス)は、両エネルギーの差に等しいから、次のとおりと
なる。
The energy hυ (π pulse) for changing from the ground state to the excited state (for changing from the excited state to the ground state) is equal to the difference between the two energies.

【0042】[0042]

【数3】 (Equation 3)

【0043】ここで、υは、当該キュービットの固有振
動数である。hυのエネルギーを有するレーザ光を照射
するごとに、基底状態と励起状態とに交互に変化する。
なお、基底状態、励起状態におけるエネルギーは、下記
のとおりである。
Here, υ is the natural frequency of the qubit. Every time a laser beam having an energy of hυ is irradiated, the state changes alternately between a ground state and an excited state.
The energies in the ground state and the excited state are as follows.

【0044】[0044]

【数4】 (Equation 4)

【0045】[0045]

【数5】 (Equation 5)

【0046】上記のように、1つのキュービットに対し
て、その固有振動数υと等しい波長のレーザ光を、その
エネルギーがhυとなるように時間を制御して照射すれ
ば(πパルスの照射)、NOT演算を行うことができる。
次に、図5Bに示すように、2つのキュービットA、B
があり、両キュービット間に相互作用がある場合につい
て説明する。このような状態は、図3に示すように、円
筒状グラファイト16によって連結したキュービット8
aと8bによって実現できる。
As described above, when one qubit is irradiated with laser light having a wavelength equal to its natural frequency υ while controlling the time so that the energy becomes hυ (irradiation of π pulse) ), NOT operation can be performed.
Next, as shown in FIG. 5B, two qubits A and B
The case where there is an interaction between the two qubits will be described. Such a state is caused by the qubits 8 connected by cylindrical graphite 16 as shown in FIG.
a and 8b.

【0047】この場合のハミルトニアンHは、次式で示
される。
The Hamiltonian H in this case is expressed by the following equation.

【0048】[0048]

【数6】 (Equation 6)

【0049】ここで、VABは、両キュービット間の相互
作用によるエネルギーである。また、ここで、
Here, V AB is energy due to the interaction between the two qubits. Also, where

【0050】[0050]

【数7】 (Equation 7)

【0051】である。Is as follows.

【0052】キュービットA、Bがともに基底状態にあ
る場合のエネルギーは、下式で示される。
The energy when qubits A and B are both in the ground state is expressed by the following equation.

【0053】[0053]

【数8】 (Equation 8)

【0054】同様に、キュービットAが励起状態、キュ
ービットBが基底状態にある場合のエネルギーは式(9)
で、キュービットAが基底状態、キュービットBが励起
状態にある場合のエネルギーは式(10)で、キュービット
A、Bがともに励起状態にある場合のエネルギーは式(1
1)で表される。
Similarly, when the qubit A is in the excited state and the qubit B is in the ground state, the energy is given by the following equation (9).
The energy when the qubit A is in the ground state and the qubit B is in the excited state is given by equation (10), and the energy when both qubits A and B are in the excited state is given by equation (1).
It is represented by 1).

【0055】[0055]

【数9】 (Equation 9)

【0056】[0056]

【数10】 (Equation 10)

【0057】[0057]

【数11】 [Equation 11]

【0058】ただし、However,

【0059】[0059]

【数12】 (Equation 12)

【0060】したがって、キュービットA、Bがある状
態から他の状態に変化するためのエネルギーは、式(13)
から式(17)で表される。
Therefore, the energy required for the qubits A and B to change from one state to another state is given by the following equation (13).
From equation (17).

【0061】[0061]

【数13】 (Equation 13)

【0062】[0062]

【数14】 [Equation 14]

【0063】[0063]

【数15】 (Equation 15)

【0064】[0064]

【数16】 (Equation 16)

【0065】[0065]

【数17】 [Equation 17]

【0066】上記各式から明らかなように、何れかの状
態から他の状態に変化させるために必要なエネルギー
(波長)は、それぞれ異なっている。ただし、それぞれ
の変化は可逆性がある。
As is clear from the above equations, the energy (wavelength) required to change from one state to another state is different. However, each change is reversible.

【0067】ここで、式(16)に着目し、この際のエネル
ギーhυ1B(周波数υ1Bのπパルスレーザ光)を用いれ
ば、図6、図7に示すコントロールドノットが実現でき
る。図7において、ABはレーザ光照射前のキュービッ
トAおよびBの状態、A’B’はレーザ光照射後のキュ
ービットAおよびBの状態を示す。ABが「00」の場
合(つまり、両キュービットともに基底状態の場合)に
は、周波数υABABのいずれかのレーザ光を照射し
た場合に、その状態が変化する(式(13)(14)(15)参
照)。したがって、この場合、周波数υ1Bのレーザ光を
照射しても状態は変化しない。同様に、ABが「01」
の場合に、周波数υ1Bのレーザ光を照射しても状態は変
化しない。
[0067] Here, focusing on the equation (16), using the energy hv 1B when the ([pi pulsed laser beam of frequency upsilon 1B) 6, can be realized Controlled knot shown in Fig. In FIG. 7, AB indicates the state of qubits A and B before laser light irradiation, and A'B 'indicates the state of qubits A and B after laser light irradiation. When AB is “00” (that is, when both qubits are in the ground state), the state changes when any one of the laser beams having the frequencies υ A , υ B , and υ AB is irradiated (Equation (2)). (13) (14) (15)). Therefore, in this case, the state does not change even when irradiated with a laser beam of frequency upsilon 1B. Similarly, AB is "01"
If the state does not change even when irradiated with a laser beam of frequency upsilon 1B.

【0068】一方、ABが「10」の場合に、周波数υ
1Bのレーザ光を照射すると、その状態は「11」に変化
する(式(16)参照)。同様に、ABが「11」の場合
に、周波数υ1Bのレーザ光を照射すると、その状態は
「10」に変化する(式(16)参照)。したがって、周波
数υ1Bのレーザ光を用いることにより、図7に示すよう
に、キュービットAをコントロールビットとした可逆性
のあるコントロールノットとしての演算を行うことがで
きる。
On the other hand, when AB is "10", the frequency υ
When the laser beam of 1B is irradiated, the state changes to “11” (see equation (16)). Similarly, when the laser beam having the frequency レ ー ザ1B is applied when AB is “11”, the state changes to “10” (see equation (16)). Therefore, by using a laser beam having a frequency of 光1B , an operation as a reversible control knot using the qubit A as a control bit can be performed as shown in FIG.

【0069】また、周波数υA1のレーザ光を用いれば、
キュービットBをコントロールビットとしたコントロー
ルノットの演算を行うことができる。
[0069] Further, if a laser beam of a frequency upsilon A1,
A control knot operation using the qubit B as a control bit can be performed.

【0070】上記のように、この発明では、周波数を変
えることによって、同じキュービットによる演算内容を
変えることができる。したがって、キュービットの数を
増やすことにより、あらゆる論理演算が可能である。以
下では、コントロールド・ノットについて説明している
が、アンド、オア等の全ての論理演算が可能である。
As described above, in the present invention, by changing the frequency, it is possible to change the operation content by the same qubit. Therefore, any logical operation can be performed by increasing the number of qubits. In the following, the controlled knot is described, but all logical operations such as AND and OR can be performed.

【0071】次に、図5Cに示すように、3つのキュー
ビットA、B、Cがあり、キュービットA、B間、キュ
ービットB、C間およびキュービットC、A間に相互作
用がある場合について説明する。
Next, as shown in FIG. 5C, there are three qubits A, B, and C, and there is interaction between qubits A and B, between qubits B and C, and between qubits C and A. The case will be described.

【0072】この場合のハミルトニアンHは、次式で示
される。
The Hamiltonian H in this case is expressed by the following equation.

【0073】[0073]

【数18】 (Equation 18)

【0074】ここで、VABVBCは、キュービット間の相互
作用によるエネルギーである。これより、上記と同様に
して、下式が得られる(他の場合については省略し
た)。
Here, V AB V BC is energy due to interaction between qubits. From this, the following equation is obtained in the same manner as described above (other cases are omitted).

【0075】[0075]

【数19】 [Equation 19]

【0076】したがって、エネルギーhυ11Cのレーザ光
を照射することにより、キュービットA、Bをコントロ
ールビットとするコントロールドコントロールドノット
の演算を行うことができる(図8、図9参照)。
[0076] Accordingly, by irradiating a laser beam of energy hv 11C, qubit A, B can be performed calculation of Controlled Controlled knots to control bits (see FIG. 8, FIG. 9).

【0077】次に、図5Cに示す3つのキュービット
A、B、Cを用いて、半加算器としての演算を行う場合
について説明する。半加算器は、図10に示すように、
コントロールド・コントロールド・ノットとコントロー
ルト゛・ノットによって実現できる。この半加算器の入力
は、AとBである。なお、Cは「0」としておく。
Next, a case where an operation as a half adder is performed using three qubits A, B, and C shown in FIG. 5C will be described. The half adder, as shown in FIG.
This can be achieved with a controlled knot and a controlled knot. The inputs to this half adder are A and B. Note that C is set to “0”.

【0078】A、B、Cに所望の値の置数を行うために
は、次のようにする。まず、キュービットA、B、Cを
冷却し、基底状態(つまり「0」)とする。次に、A、
B、Cを所望の値とするためのエネルギーhυABC ijk
有するレーザ光を照射する(図11A参照)。次に、コ
ントロールド・コントロールド・ノットの演算を行う。
これは、前述のように、hυC 111のエネルギーを有する
レーザ光を照射すればよい。次に、hυB 110+hυB 111
エネルギーを有するレーザ光を照射して、コントロール
ド・ノットを行う。上記の結果、キュービットBにSU
Mが、キュービットCにCARRYがあらわれる。キュ
ービットAには、最初に置数した内容がそのままあらわ
れる。なお、この半加算器は、上記と逆の演算処理を行
うことにより、演算結果から入力置数を得ることができ
る(可逆性がある)。
In order to assign desired values to A, B, and C, the following is performed. First, the qubits A, B, and C are cooled to a ground state (that is, “0”). Next, A,
A laser beam having energy hυ ABC ijk for making B and C desired values is irradiated (see FIG. 11A). Next, the calculation of the controlled knot is performed.
This may be performed by irradiating a laser beam having energy of h 光C 111 as described above. Then, by irradiating a laser beam having an energy of hυ B 110 + hυ B 111, performs Controlled knots. As a result, SU is added to qubit B.
M appears in the qubit C as CARRY. The qubit A shows the content that was initially set as it is. The half adder can obtain an input number from the operation result (reversible) by performing an operation process reverse to the above.

【0079】上記半加算器における、A、Bの全ての置
数についての演算過程を、図12に示す。
FIG. 12 shows the operation of the half adder for all the numbers of A and B.

【0080】次に、前加算器のための構造を、図13に
示す。ここでは、互いに相互作用のある4つのキュービ
ットA、B、C、Dを用いている。このような構造は、
たとえば、図14Aに示すように、立方体の頂点上にキ
ュービットA、B、C、Dを配置し、図14Bに示すよ
うに、それぞれのキュービットA、B、C、Dを円筒状
グラファイト16で連結することにより実現できる。
Next, the structure for the pre-adder is shown in FIG. Here, four qubits A, B, C, and D interacting with each other are used. Such a structure
For example, as shown in FIG. 14A, qubits A, B, C, and D are arranged on the vertices of a cube, and as shown in FIG. 14B, each qubit A, B, C, and D is placed in a cylindrical graphite 16. It can be realized by connecting with.

【0081】上記のハミルトニアンは、下式によって表
される。
The Hamiltonian is represented by the following equation.

【0082】[0082]

【数20】 (Equation 20)

【0083】上記のような4つのキュービットを用い
て、図15に示すような全加算器の演算を行うことがで
きる。なお、この全加算器の入力は、A、B、Cであ
り、Dは常に「0」としておく。
Using the above four qubits, a full adder operation as shown in FIG. 15 can be performed. The inputs of the full adder are A, B, and C, and D is always "0".

【0084】図13に示すような全加算器を図16に示
すように連結すれば、演算器を構成することができる。
これのハミルトニアンを下式に示す。
If the full adders as shown in FIG. 13 are connected as shown in FIG. 16, an arithmetic unit can be formed.
The Hamiltonian of this is shown in the following equation.

【0085】[0085]

【数21】 (Equation 21)

【0086】また、この演算器によって、5+3を実行
した場合の、動作過程を図17に示す。「5」は、キュ
ービットA(1)、A(2)、A(3)に置数する。「3」は、
キュービットC(1)、C(2)に置数する。ここで、エネル
ギーhυ(1,2)を照射することにより、キュービットD
(1)からキュービットB(2)へデータを転送(コピー)し
ている。演算結果は、C(1)、C(2)、C(3)、C(4)に現
れる。
FIG. 17 shows an operation process when 5 + 3 is executed by this arithmetic unit. “5” is assigned to the qubits A (1), A (2), and A (3). "3"
The qubits C (1) and C (2) are set. Here, by irradiating the energy hυ (1,2) , the qubit D
Data is transferred (copied) from (1) to the qubit B (2). The operation result appears in C (1), C (2), C (3), and C (4).

【0087】なお、最終的な結果の読み出しは、読み出
したいキュービットの固有振動数のレーザ光であって、
πパルスの半分のパルス面積を有するレーザ光を照射す
ることにより行う。これにより、当該キュービットが励
起状態にあれば、照射したレーザ光と同じ位相のレーザ
光をキュービットが放出する。また、基底状態にあれ
ば、πだけ位相のずれたレーザ光をキュービットが放出
する。したがって、図3に示すように、ホモダイン検波
回路14により位相差を検出して、当該キュービットの
状態(つまり「0」か「1」かの情報)を知ることがで
きる。
Note that the final reading of the result is a laser beam having the natural frequency of the qubit to be read, and
This is performed by irradiating a laser beam having a pulse area that is half of the π pulse. Thus, if the qubit is in the excited state, the qubit emits laser light having the same phase as the irradiated laser light. In the ground state, the qubit emits laser light having a phase shift of π. Therefore, as shown in FIG. 3, the phase difference can be detected by the homodyne detection circuit 14, and the state of the qubit (that is, information of “0” or “1”) can be known.

【0088】上記の実施形態では、キュービットに置数
する情報を励起状態か基底状態かの2情報としたが、α
πパルス(αは任意の実数)を照射することにより、基
底状態から励起状態にわたる任意の重ね合わされた状態
としてもよい。これにより、ディジタル演算だけでな
く、アナログ演算を行うことができる。この場合、最終
結果の読み出しにおいては、位相差の大きさを得ること
により、重ね合わせの度合いを得ることができる。
In the above embodiment, the information placed in the qubit is two information, the excited state and the ground state.
By irradiating a π pulse (α is an arbitrary real number), an arbitrary superimposed state from the ground state to the excited state may be obtained. Thus, not only digital operation but also analog operation can be performed. In this case, in reading out the final result, the degree of the superposition can be obtained by obtaining the magnitude of the phase difference.

【0089】次に、レーザ光の照射の有無に拘わらず、
各キュービット間に量子力学的相互作用がある量子コン
ピュータについて説明する。このような量子コンピュー
タは、キュービット間の量子力学的相互作用によって自
動的に演算を進めていく。
Next, regardless of the presence or absence of laser light irradiation,
A quantum computer having a quantum mechanical interaction between qubits will be described. Such a quantum computer automatically proceeds with the operation by the quantum mechanical interaction between qubits.

【0090】たとえば、図18に示すように、入り口が
1つ、出口が3つある迷路(迷路の詳細は省略してい
る)があるとする。この迷路の、どの出口が入り口に通
じているのか、さらに、どの出口までが距離が一番近い
か、を演算するような場合に有効である。
For example, as shown in FIG. 18, suppose that there is a maze having one entrance and three exits (details of the maze are omitted). This is effective when calculating which exit of the maze leads to the entrance and which exit has the shortest distance.

【0091】迷路の各コーナー、分岐点ごとにキュービ
ットを配置する。なお、少なくとも、入り口に対応する
キュービットA、出口αに対応するキュービットX、出
口βに対応するキュービットY、出口γに対応するキュ
ービットZ、その他のキュービット群は、ことなる固有
振動数を有するようにしておくことが好ましい。配置し
た、各キュービット間を、迷路の距離に反比例する相互
作用を持って連結する。つまり、距離の短いものほど、
相互作用を大きくする。なお、迷路上で直接つながって
いないコーナー、分岐点同士は、キュービット間に相互
作用を持たせない(キュービットAとF参照)。
A qubit is arranged at each corner and branch point of the maze. Note that at least the qubit A corresponding to the entrance, the qubit X corresponding to the exit α, the qubit Y corresponding to the exit β, the qubit Z corresponding to the exit γ, and other qubit groups have different natural vibrations. It is preferable to have a number. The arranged qubits are connected with an interaction inversely proportional to the distance of the maze. In other words, the shorter the distance,
Increase interaction. Note that corners and branch points that are not directly connected on the maze have no interaction between qubits (see qubits A and F).

【0092】以上のようにして準備した後、全キュービ
ットを冷却して基底状態とする。次に、入り口に対応す
るキュービットAのみを励起状態とするよう、レーザ光
を照射する。キュービットAの励起状態は、相互作用に
より、隣接するキュービットに影響を与え、これを励起
状態にする。これが繰り返されて、励起状態が順次伝達
されていく。また、その伝達速度は、相互作用の大きさ
に比例する。
After the preparation as described above, all the qubits are cooled to a ground state. Next, laser light is irradiated so that only the qubit A corresponding to the entrance is in an excited state. The excited state of qubit A influences an adjacent qubit by interaction and makes it an excited state. This is repeated, and the excited state is sequentially transmitted. Further, the transmission speed is proportional to the magnitude of the interaction.

【0093】したがって、出口に対応するキュービット
X、Y、Zのうち、どれが一番早く励起状態に変わるか
を観察することにより、一番近い出口を知ることができ
る。また、励起状態に変わらないキュービットに対応す
る出口は、入り口につながっていないことを知ることが
できる。
Therefore, by observing which of the qubits X, Y, and Z corresponding to the exit changes to the excited state first, the nearest exit can be known. Further, it can be known that the outlet corresponding to the qubit that does not change to the excited state is not connected to the entrance.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】この発明の一実施形態によるキュービットの構
造を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a structure of a qubit according to an embodiment of the present invention.

【図2】照射エネルギーと基底状態、励起状態との関係
を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a relationship between irradiation energy, a ground state, and an excited state.

【図3】この発明の一実施形態による量子演算器の構成
を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a quantum operator according to an embodiment of the present invention.

【図4】図3の量子演算器のブロック図である。FIG. 4 is a block diagram of the quantum calculator of FIG. 3;

【図5】キュービットの連結例を示す図である。FIG. 5 is a diagram illustrating a connection example of qubits.

【図6】コントロールト゛ノットを記号化して示す図であ
る。
FIG. 6 is a diagram symbolically showing a control to knot.

【図7】コントロールドノットの真理値表である。FIG. 7 is a truth table of a controlled knot.

【図8】コントロールト゛・コントロールド・ノットを記
号化して示す図である。
FIG. 8 is a diagram symbolically showing a control to controlled knot.

【図9】コントロールド・コントロールド・ノットの真
理値表である。
FIG. 9 is a truth table of a controlled knot.

【図10】半加算器を記号化して示す図である。FIG. 10 is a diagram showing a half adder symbolized.

【図11】図5Cに示すキュービットによって、図10
の半加算器を実現するためのレーザ光の照射処理を示す
図である。
FIG. 11 shows the qubit shown in FIG.
FIG. 6 is a diagram showing a laser beam irradiation process for realizing the half adder of FIG.

【図12】図11に示す各レーザ光の照射に対応して、
キュービットの状態変化を示す図である。
FIG. 12 corresponds to each laser beam irradiation shown in FIG.
It is a figure showing a state change of a qubit.

【図13】4つのキュービットが互いに相互作用を有し
て連結されている場合を示す図である。
FIG. 13 is a diagram illustrating a case in which four qubits are connected to interact with each other;

【図14】図13のような構成を得るための、キュービ
ットの構造の一例を示す図である。
FIG. 14 is a diagram showing an example of the structure of a qubit for obtaining the configuration shown in FIG.

【図15】全加算器を記号化して示す図である。FIG. 15 is a diagram showing a full adder symbolized.

【図16】図15の全加算器を連結して構成した演算器
である。
FIG. 16 shows an arithmetic unit configured by connecting the full adders of FIG. 15;

【図17】図16の演算器の動作過程を示す図である。FIG. 17 is a diagram illustrating an operation process of the arithmetic unit in FIG. 16;

【図18】1つの入口と3つの出口のある迷路を示す図
である。
FIG. 18 illustrates a maze with one entrance and three exits.

【図19】図18の迷路の解を得るために構成したキュ
ービットを示す図である。
FIG. 19 is a diagram showing qubits configured to obtain a solution to the maze of FIG. 18;

【図20】キュービット間の量子力学的相互作用の選択
を説明するための図である。
FIG. 20 is a diagram for explaining selection of a quantum mechanical interaction between qubits.

【図21】従来のイオントラップ型の量子演算器を示す
図である。
FIG. 21 is a diagram showing a conventional ion trap type quantum operator.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 太田 浩二 大阪府池田市緑丘1丁目8番31号 工業 技術院大阪工業技術研究所内 審査官 日下 善之 (56)参考文献 特開 平8−114824(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G06E 1/00 G06E 3/00 G02F 3/00 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (72) Inventor Koji Ota 1-8-31 Midorioka, Ikeda-shi, Osaka Examiner, Yoshiyuki Kusaka, Osaka Institute of Industrial Technology Research Institute (56) References JP-A-8-114824 ( JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) G06E 1/00 G06E 3/00 G02F 3/00

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】金属原子または分子を、有機化合物によっ
て包含し、パイ電子の励起状態によって情報を表すよう
に構成したことを特徴とする量子演算素子。
1. A quantum operation element comprising a metal atom or a molecule contained in an organic compound and expressing information by an excited state of pi electrons.
【請求項2】金属原子または分子を有機化合物によって
包含した量子演算素子を複数有する量子演算素子群、 所望の波長の光を、前記量子演算素子群に照射する照射
手段、 を備え、 各量子演算素子ごとにパイ電子を励起する光の波長を選
択的に決定するとともに、照射手段による光の波長を選
択することにより演算を行うように構成したことを特徴
とする量子演算器。
2. A quantum operation element group having a plurality of quantum operation elements each including a metal atom or a molecule in an organic compound, and irradiation means for irradiating the quantum operation element group with light having a desired wavelength. A quantum arithmetic unit characterized in that it is configured to selectively determine a wavelength of light for exciting pi electrons for each element and to perform an arithmetic operation by selecting a wavelength of light by an irradiation unit.
【請求項3】請求項1の量子演算素子または請求項2の
量子演算器において、前記有機化合物はフラーレンであ
ることを特徴とするもの。
3. The quantum operation device according to claim 1, wherein the organic compound is fullerene.
【請求項4】請求項1の量子演算素子または請求項2の
量子演算器において、前記有機化合物はカーボンナノチ
ューブであることを特徴とするもの。
4. The quantum operation device according to claim 1, wherein the organic compound is a carbon nanotube.
【請求項5】請求項3または4の量子演算器において、 各フラーレンまたはカーボンナノチューブ間を、パイ電
子共役系でない有機架橋分子により連結させ、量子力学
的相互作用を無くしたことを特徴とする量子演算器。
5. The quantum operator according to claim 3, wherein each fullerene or carbon nanotube is connected by an organic bridging molecule that is not a pi-electron conjugated system to eliminate quantum mechanical interaction. Arithmetic unit.
【請求項6】請求項3または4の量子演算器において、 各フラーレンまたはカーボンナノチューブ間を、パイ電
子共役系である有機架橋分子により連結させ、量子力学
的相互作用を生じさせるようにしたことを特徴とする量
子演算器。
6. The quantum operator according to claim 3 or 4, wherein each fullerene or carbon nanotube is connected by an organic bridging molecule that is a pi-electron conjugated system to generate a quantum mechanical interaction. Characteristic quantum arithmetic unit.
【請求項7】請求項6の量子演算器において、 パイ電子共役系である有機架橋分子によって連結された
各フラーレンまたはカーボンナノチューブの、前記有機
架橋分子に設けた側鎖によって、各フラーレンまたはカ
ーボンナノチューブ間の量子力学的相互作用の強さを選
択するように構成したことを特徴とする量子演算器。
7. The quantum operator according to claim 6, wherein each fullerene or carbon nanotube is connected to a corresponding one of the fullerenes or carbon nanotubes connected by an organic bridging molecule that is a pi-electron conjugated system. A quantum operator configured to select the strength of a quantum mechanical interaction between the quantum operators.
【請求項8】レーザ光の照射により基底状態から励起状
態までの連続的な重ね合わせの状態をとりうる量子演算
素子を複数個有する量子演算器であって、 各量子演算素子ごとにその状態を変化させるレーザ光の
波長を選択的に決定しておき、 状態を変化させたい量子演算素子に対応する波長のレー
ザ光を照射することにより演算を行うことを特徴とする
量子演算器。
8. A quantum computing device having a plurality of quantum computing elements capable of continuously superimposing from a ground state to an excited state by irradiation with a laser beam, wherein the state is determined for each quantum computing element. A quantum arithmetic unit, wherein a wavelength of a laser beam to be changed is selectively determined, and a calculation is performed by irradiating a laser beam having a wavelength corresponding to a quantum arithmetic element whose state is to be changed.
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