JP5091717B2 - 量子計算方法および量子計算機 - Google Patents
量子計算方法および量子計算機 Download PDFInfo
- Publication number
- JP5091717B2 JP5091717B2 JP2008040616A JP2008040616A JP5091717B2 JP 5091717 B2 JP5091717 B2 JP 5091717B2 JP 2008040616 A JP2008040616 A JP 2008040616A JP 2008040616 A JP2008040616 A JP 2008040616A JP 5091717 B2 JP5091717 B2 JP 5091717B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- physical system
- transition
- physical
- light source
- resonator
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06N—COMPUTING ARRANGEMENTS BASED ON SPECIFIC COMPUTATIONAL MODELS
- G06N10/00—Quantum computing, i.e. information processing based on quantum-mechanical phenomena
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y10/00—Nanotechnology for information processing, storage or transmission, e.g. quantum computing or single electron logic
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S977/00—Nanotechnology
- Y10S977/902—Specified use of nanostructure
- Y10S977/932—Specified use of nanostructure for electronic or optoelectronic application
- Y10S977/933—Spintronics or quantum computing
Description
L. Viola and S. Lloyd, Phys. Rev. A 58, 2733 (1998). E. Fraval, M. J. Sellars, and J. J. Longdell, Phys. Rev. Lett. 95, 030506 (2005).
まず、bang−bang制御によってデコヒーレンス(位相緩和)を抑制できるための条件を述べる(L. Viola and S. Lloyd, Phys. Rev. A 58, 2733 (1998)参照)。2つの量子状態|0>と|1>からなる量子系(量子ビット)のデコヒーレンスを抑制するには、ある時間間隔Tで|0>と|1>の反転操作を繰り返せばよい。そうすると、時刻t〜t+Tに起こる状態変化が時刻t+T〜t+2Tに起こる状態変化と打ち消し合って位相緩和が抑制される(時刻t+Tとt+2Tに反転が行われたとする)。これがbang−bang制御である。この打ち消し合いがうまくいくためには、次の条件が必要である。
2.2つの反転操作の間では状態|0>と|1>の存在確率が変化しない。
量子計算機は、図2に示すように、光源201、制御装置202、光共振器101、複数の物理系102、磁場発生器203を含む。
光源201は、周波数安定化した光源として使用したり、単一光子パルスを発生する。光源201は、結晶892物理系102の状態を操作するため、量子ビットをゲート操作する場合に使用する。
制御装置202は、光源201のオンオフ、光源201の周波数、磁場発生器203の磁場発生のオンオフを制御する。
光共振器101は、共鳴周波数を有している。
複数の物理系102は、光共振器内に設置された図1のようなものである。
磁場発生器203は、コイルからなり、高周波の振動磁場を発生し物理系102に磁場を印加する。磁場発生器203は、物理系の特定の2状態間に共鳴するπパルスを発生する。πパルスは特定の2状態を反転する。
光共振器中に図1に示されているようなエネルギー準位を有する複数の原子(またはイオン)を配置する。基底状態(安定な下準位)が3つ以上あり(図1では4つ:|0>,|1>,|3>,|5>)、そのうち2つ(図1の|0>と|1>)を量子ビットとして用いる。利用する励起状態(上準位)は2つあり、そのうちの1つ(図1の|2>)と量子ビットに使う2状態以外の基底状態の1つ(図1の|3>)との間の遷移は共振器モードと強く結合しているものとする。原子の選択は、原子の位置の違いを使うか、共振器モードと結合しない励起状態(図1の|4>)と基底状態の間の遷移周波数が各原子で大きく異なるようにすることで可能である。
初め(時刻:t=0)、すべての原子は状態|0>と状態|1>のある重ね合わせの状態にあったとする。まず、既存の手法によって原子1と原子2に対して2量子ビットゲートを実行する(ステップS301)。この際、原子1と原子2以外の原子の状態は変化しないようにする。利用できる既存の手法としては、例えば次の2つの論文で開示されている2つの手法がある: L.-M. Duan, B. Wang, and H. J. Kimble, Phys. Rev. A 72, 032333 (2005); Hayato Goto and Kouichi Ichimura, Phys. Rev. A 70, 012305 (2004)。具体的な手順についてはそれぞれ後に図4、図5を参照して説明する。この2量子ビットゲート実行に要する時間T2とすると、2量子ビットゲート実行直後の時刻t=T2である。
まず、原子1と原子2の状態|0>を|3>に変換する(ステップS401)。これを行うには、制御装置202が光源201を制御し、共振器モードと結合しない励起状態(図1の|4>)を利用したラムダ型STIRAP(stimulated Raman adiabatic passage; K. Bergmann, H. Theuer, and B. W. Shore, Rev. Mod. Phys. 70, 1003 (1998)参照)を行えばよい。
以上で原子1と原子2の量子ビットに対して制御位相反転ゲートが実行される。この間、その他の原子の状態は変化しない。
まず、制御装置202が光源201を制御し、励起状態|4>を使ったラムダ型STIRAPにより、原子1の|1>を|5>へ、原子2の|1>を|3>へ変換する(ステップS501)。
以上で原子1と原子2の量子ビットに対して位相をθだけシフトする制御位相シフトゲートが実行される。この間、その他の原子の状態は変化しない。
第2の手法を実現する量子計算機は第1の手法と同じく図1、図2に示されたものである。
光共振器中に図2に示されているようなエネルギー準位を有する複数の原子(またはイオン)を配置する。基底状態(安定な下準位)が4つあり(|0>,|1>,|3>,|5>)、そのうち2つ(図1の|0>と|1>)を量子ビットとして用いる。利用する励起状態(上準位)は2つあり、そのうちの1つ(図1の|2>)と量子ビットに使う2状態以外の基底状態の1つ(図1の|3>)との間の遷移は共振器モードと強く結合しているものとする。原子の選択は、原子の位置の違いを使うか、共振器モードと結合しない励起状態(図1の|4>)と基底状態との間の遷移周波数が各原子で大きく異なるようにすることで可能である。
初め(時刻:t=0)、すべての原子は状態|0>と状態|1>のある重ね合わせの状態にあったとする。まず、制御装置202が光源201を制御し、励起状態|4>を使ったラムダ型STIRAPにより、原子1と原子2の状態|0>と状態|1>を、それぞれ|3>と|5>へ変換する(ステップS601)。1回の変換に要する時間をT1とすると、この変換直後の時刻はt=4T1である。
図7の量子計算機と、図1の量子計算機とは、状態を反転する手法が異なる。図7の量子計算機は、図2に光源701が追加されている。
以下の実施例の量子計算機について図8を参照して説明する。
本実施例の量子計算機は、色素レーザー801、色素レーザー802、光子検出器811、単一光子発生器821、透過率可変ミラー831、832、ビームスプリッター841〜844、音響光学効果素子851〜854、磁場発生器203,861、全反射ミラー871,872、制御装置881、一部透過ミラー891、結晶892、クライオスタット893を含む。
音響光学効果素子851〜854は、制御装置881による制御信号に基づいて、入射した光の周波数を設定した周波数に変更し、入射した光の強度を設定した強度に変更し、変更した周波数および強度の光を出力する。また、音響光学効果素子851,852は離調を調整する。
透過率可変ミラー831、832は、高反射と高透過が切り替えられる特殊なミラーであり、制御装置881によって透過率が制御される。透過率可変ミラー831、832は、例えば図10のようなリング型共振器によって実現できる。位相調整器1001の位相を調整することで透過率を変えることができる。この図10では、1021,1022は全反射ミラーを示し、1011,1012は一部透過ミラーを示す。一部透過ミラー1011と1012の透過率は等しいとする。
色素レーザー801,802は、光源として利用され、周波数が安定化されている。色素レーザー802から出力した光は、ビームスプリッター841,842,843で分けて各ビームを音響光学効果素子851,852,853に通して周波数が適切に設定される。
単一光子発生器821は、光共振器に共鳴する単一光子を発生する。
(第1の実施例)
Duanらの手法を利用する場合の、本発明の第1の手法を実施例について、図8を参照して説明する。
本実施例において、前記の原子(またはイオン)として、Y2SiO5結晶892の中にドープされたPr3+イオンを用いる。コヒーレンス時間を延ばすために、試料には適切な方向・大きさの磁場がかけられる(E. Fraval, M. J. Sellars, and J. J. Longdell, Phys. Rev. Lett. 95, 030506 (2005)参照)。磁場発生器861によって磁場がかけられたPr3+:Y2SiO5のPr3+イオンの基底状態は、図9のように6つの超微細準位に分裂するので、そのうちの3つを上述した状態|0>、|1>、|3>とする。また、上述した状態|2>を励起状態1D2の中の1つとし、上述した状態|4>を励起状態3P0の中の1つとする。結晶892の表面をミラー加工することで光共振器が構成される。1つのミラーは全反射ミラー872、もう1つのミラーは一部透過ミラー891とし、片側共振器となるようにする。Pr3+イオンのうち、|2>−|3>遷移がちょうど共振器モードと共鳴するイオンを使うことにし、それらのイオンの状態|0>および状態|1>を量子ビットとして利用する。結晶892の全体がクライオスタット893の中に置かれ、液体ヘリウム温度4Kに保たれる。
まず、制御装置881が、透過率可変ミラー831を100%透過、透過率可変ミラー832を100%反射に設定し、共振器に共鳴する光を外部から共振器にしばらく照射する。次に、|2>−|3>遷移がちょうど共振器モードと共鳴するイオンのすべての基底状態と励起状態|2>に共鳴する光を、結晶中央の共振器モードの位置に共振器側面からしばらく照射し、その後|0>−|2>間遷移に共鳴する光のみ照射を止めその他の光は再びしばらく照射する。こうして、結晶892の中央の共振器モードの位置にあるイオンで、|2>−|3>遷移が共振器と共鳴するイオンを|0>へ初期化することができる。これらのイオンの状態|0>と状態|1>を量子ビットとして用いる。励起状態3P0の不均一広がりのために、ある程度イオン濃度が低ければ、すべての基底状態と励起状態|4>の間の遷移周波数は異なるイオンの間で大きく異なる。また、すべての基底状態と励起状態|4>の間の遷移周波数はすべての基底状態と励起状態|2>の間の遷移周波数と大きく異なる。よって、あるイオンのすべての基底状態と励起状態|4>の間の遷移に共鳴する光は、他のイオンのすべての光遷移と十分に非共鳴となる。(励起状態の不均一幅のオーダーは10GHz、基底状態間の周波数差のオーダーは10MHzなので、利用するイオンの数Nが1000よりも小さければ、|2>−|4>間の遷移周波数の分布の幅が基底状態間の遷移周波数に比べN倍以上大きくとることが可能。)こうして、|0>−|4>間、|1>−|4>間、|3>−|4>間遷移に共鳴する光を利用することで個々のイオンを区別して操作することができる。
まず、イオン1およびイオン2の|0>を|3>へ変換する(ステップS401)。|0>を|3>に変換するには、|0>−|4>間および|3>−|4>間遷移に共鳴する光を共振器の側面から照射し、ラムダ型STIRAPによって|0>を|3>へ変化させる。この変換1回にかかる時間は、今の場合10μs程度である。
イオン1の最終的な状態が|0>なのか|1>なのかを読むには、まず、イオン1の|1>−|4>間および|3>−|4>間遷移に共鳴する光を側面から照射し、ラムダ型STIRAPによってイオン1の状態|1>を状態|3>へ変化させる。次に、透過率可変ミラー831を50%透過、透過率可変ミラー832を100%透過とし、単一光子発生器821から単一光子パルスを共振器に照射する(共振器の一部透過ミラー891の方から入射する)。ここで、全反射ミラー871の位置は、単一光子パルスが共振器に共鳴して反射された場合100%光子検出器811の方へ導かれるようにあらかじめ設定しておく。そして、共振器で反射された光子を光子検出器811で検出する。もし、イオン1の状態が|0>にあれば、光子は共振器に共鳴し、100%光子検出器811に導かれ、光子が検出される。一方、もし、イオン1の状態が|2>にあれば、真空ラビ分裂によって光子は共振器に共鳴せず、共鳴する場合に比べて位相が180度ずれるため、光子は100%単一光子発生器821の方へ戻り、光子は光子検出器811によって検出されない。よって、光子が検出されればイオン1の最終的な状態は|0>であり、検出されなければイオン1の最終的な状態は|1>であるとわかる。
Gotoらの手法を利用する場合の、本発明の第1の手法を実施例について、図8を参照して説明する。
本実施例において、前記の原子(またはイオン)として、Y2SiO5結晶中にドープされたPr3+イオンを用いる。コヒーレンス時間を延ばすために、試料には適切な方向・大きさの磁場がかけられる(E. Fraval, M. J. Sellars, and J. J. Longdell, Phys. Rev. Lett. 95, 030506 (2005)参照)。磁場のかけられたPr3+:Y2SiO5のPr3+イオンの基底状態は、図11のように6つの超微細準位に分裂するので、そのうちの4つを上述した状態|0>、|1>、|3>、|5>とする。また、上述した状態|2>を励起状態1D2の中の1つとし、上述した状態|4>を励起状態3P0の中の1つとする。結晶表面をミラー加工することで光共振器が構成される。1つのミラーは全反射ミラー872、もう1つのミラーは一部透過ミラー891とし、片側共振器となるようにする。Pr3+イオンのうち、|2>−|3>遷移がちょうど共振器モードと共鳴するイオンを使うことにし、それらのイオンの状態|0>および状態|1>を量子ビットとして利用する。結晶全体がクライオスタット893の中に置かれ、液体ヘリウム温度4Kに保たれる。
まず、イオン1の|1>を|5>へ、イオン2の|1>を|3>へ変換する(ステップS501)。イオン1の|1>を|5>に変換するには、イオン1の|1>−|4>間および|5>−|4>間遷移に共鳴する光を共振器の側面から照射し、ラムダ型STIRAPによって|1>を|5>へ変化させる。イオン2の|1>を|3>に変換するには、イオン2の|1>−|4>間および|3>−|4>間遷移に共鳴する光を共振器の側面から照射し、ラムダ型STIRAPによって|1>を|3>へ変化させる。この変換1回にかかる時間は、今の場合10μs程度である。
本発明の第2の手法の実施例について、図8を参照して説明する。
本実施例において、前記の原子(またはイオン)として、Y2SiO5結晶中にドープされたPr3+イオンを用いる。コヒーレンス時間を延ばすために、試料には適切な方向・大きさの磁場がかけられる(E. Fraval, M. J. Sellars, and J. J. Longdell, Phys. Rev. Lett. 95, 030506 (2005)参照)。磁場のかけられたPr3+:Y2SiO5のPr3+イオンの基底状態は、図11のように6つの超微細準位に分裂するので、そのうちの4つを前記の状態|0>、|1>、|3>、|5>とする。また、前記の状態|2>を励起状態1D2の中の1つとし、前記の状態|4>を励起状態3P0の中の1つとする。結晶表面をミラー加工することで光共振器が構成される。1つのミラーは全反射ミラー872、もう1つのミラーは一部透過ミラー891とし、片側共振器となるようにする。Pr3+イオンのうち、|2>−|3>遷移がちょうど共振器モードと共鳴するイオンを使うことにし、それらのイオンの状態|0>および状態|1>を量子ビットとして利用する。結晶全体がクライオスタット893の中に置かれ、液体ヘリウム温度4Kに保たれる。
Claims (11)
- 共鳴周波数を有する光共振器を用意し、
前記光共振器の内部に含まれ、少なくとも3つのエネルギー状態と2つのエネルギー状態を有し、前記3つのエネルギー状態を|0>、|1>、|3>と表示し、前記2つのエネルギー状態を|2>、|4>と表示すると、|0>、|1>、|3>のそれぞれが有するエネルギーよりも|2>、|4>が有するエネルギーの方が高く、|3>−|2>間遷移の遷移周波数が前記共鳴周波数に等しく、|0>と|1>とで量子ビットを表現する複数の物理系を用意し、
前記複数の物理系に含まれる第1物理系と第2物理系の量子ビットに2量子ビットゲートを行う際に、前記第1物理系と第2物理系の|0>と|1>以外の状態と前記光共振器を利用して、前記第1物理系と第2物理系以外が変化することなく前記2量子ビットゲートを行い、
前記2量子ビットゲート実行直後に、全ての前記物理系の量子ビットを反転し、
前記量子ビットを反転した後、前記2量子ビットゲートの実行に要した時間だけ何もせず待機し、
待機後、全ての物理系の量子ビットを反転することを特徴とする量子計算方法。 - 前記2量子ビットゲートを行うことは、
前記第1物理系および前記第2物理系の|0>を、|0>−|4>間遷移および|3>−|4>間遷移に共鳴する光パルスによって|3>へ変換し、
前記共鳴周波数を有する単一光子パルスを前記光共振器に照射し、
前記第1物理系および前記第2物理系の|3>を、|0>−|4>間遷移および|3>−|4>間遷移に共鳴する光パルスによって|0>へ戻すことであることを特徴とする請求項1に記載の量子計算方法。 - 前記2量子ビットゲートを行うことは、
前記3つのエネルギー状態に加え|2>、|4>が有するエネルギーよりも小さい|5>を設定し、
前記第1物理系の|1>を|1>−|4>間遷移および|5>−|4>間遷移に共鳴する第1光パルスによって|5>へ変換し、
前記第2物理系の|1>を|1>−|4>間遷移および|3>−|4>間遷移に共鳴する第2光パルスによって|3>へ変換し、
前記第1物理系および前記第2物理系の|5>−|2>間遷移に共鳴する2つの第3光パルスを前記第1物理系および前記第2物理系に照射して光共振器を利用したアディアバティック・パッセージを行い、前記第1物理系の|5>を|3>へ、前記第2物理系の|3>を|5>へ変換し、
2つの前記第3光パルスとは相対位相が異なる、前記第1物理系および前記第2物理系の|5>−|2>間遷移に共鳴する2つの第4光パルスを前記第1物理系および前記第2物理系に照射して光共振器を利用したアディアバティック・パッセージを行い、前記第1物理系の|3>を|5>へ、前記第2物理系の|5>を|3>へ戻し、
前記第1物理系の|5>を前記第1光パルスによって|1>へ戻し、前記第2物理系の|3>を前記第2光パルスによって|1>へ戻すことであることを特徴とする請求項1に記載の量子計算方法。 - 共鳴周波数を有する光共振器を用意し、
前記光共振器の内部に含まれ、4つのエネルギー状態と2つのエネルギー状態を有し、前記4つのエネルギー状態を|0>、|1>、|3>、|5>と表示し、前記2つのエネルギー状態を|2>、|4>と表示すると、|0>、|1>、|3>、|5>のそれぞれが有するエネルギーよりも|2>、|4>が有するエネルギーの方が高く、|3>−|2>間遷移の遷移周波数が前記共鳴周波数に等しく、|0>と|1>とで量子ビットを表現する複数の物理系を用意し、
前記複数の物理系に含まれる第1物理系と第2物理系の|0>を|0>−|4>間遷移および|3>−|4>間遷移に共鳴する光パルスによって|3>へ変換し、
前記第1物理系および前記第2物理系の|1>を、|1>−|4>間遷移および|5>−|4>間遷移に共鳴する光パルスによって|5>へ変換し、
前記共鳴周波数を有する単一光子パルスを光共振器に照射し、
前記第1物理系および前記第2物理系以外の物理系の量子ビットを反転し、
前記第1物理系および前記第2物理系の|3>と|5>を反転し、
前記単一光子パルスを光共振器に照射するのに要した時間だけ何もせずに待機し、
前記第1物理系および前記第2物理系の|3>を、|0>−|4>間遷移および|3>−|4>間遷移に共鳴する光パルスによって|0>へ戻し、
前記第1物理系および前記第2物理系の|5>を、|1>−|4>間遷移および|5>−|4>間遷移に共鳴する光パルスによって|1>へ戻し、
全ての物理系の量子ビットを反転することを特徴とする量子計算方法。 - 前記第1物理系および前記第2物理系の|3>と|5>の反転は、前記第1物理系および前記第2物理系の|3>−|5>間遷移に2光子共鳴する2つの光パルスによって行われることを特徴とする請求項4に記載の量子計算方法。
- 共鳴周波数を有する光共振器と、
前記光共振器の内部に含まれ、少なくとも3つのエネルギー状態と2つのエネルギー状態を有し、前記3つのエネルギー状態を|0>、|1>、|3>と表示し、前記2つのエネルギー状態を|2>、|4>と表示すると、|0>、|1>、|3>のそれぞれが有するエネルギーよりも|2>、|4>が有するエネルギーの方が高く、|3>−|2>間遷移の遷移周波数が前記共鳴周波数に等しく、|0>と|1>とで量子ビットを表現する複数の物理系と、
前記物理系の状態を操作する光源と、
ビット反転を行う振動磁場を発生する磁場発生部と、
前記複数の物理系に含まれる第1物理系と第2物理系の量子ビットに2量子ビットゲートを行う際に、前記第1物理系と第2物理系の|0>と|1>以外の状態と前記光共振器と前記光源を利用して、前記第1物理系と第2物理系以外が変化することなく前記2量子ビットゲートを行い、前記2量子ビットゲート実行直後に、前記磁場発生装置によって全ての前記物理系の量子ビットを反転し、前記量子ビットを反転した後、前記2量子ビットゲートの実行に要した時間だけ何もせず待機し、待機後、前記磁場発生装置によって全ての物理系の量子ビットを反転するように制御する制御部と、を具備することを特徴とする量子計算機。 - 全反射ミラーと一部透過ミラーを含み、共鳴周波数を有する片側共振器と、
前記片側共振器の内部に含まれ、少なくとも3つのエネルギー状態と2つのエネルギー状態を有し、前記3つのエネルギー状態を|0>、|1>、|3>と表示し、前記2つのエネルギー状態を|2>、|4>と表示すると、|0>、|1>、|3>のそれぞれが有するエネルギーよりも|2>、|4>が有するエネルギーの方が高く、|3>−|2>間遷移の遷移周波数が前記共鳴周波数に等しく、|0>と|1>とで量子ビットを表現する複数の物理系と、
前記物理系の状態を操作する光源と、
ビット反転を行う振動磁場を発生する磁場発生部と、
前記複数の物理系に含まれる第1物理系と第2物理系の量子ビットに2量子ビットゲートを行う際に、前記第1物理系と第2物理系の|0>と|1>以外の状態と前記片側共振器と前記光源を利用して、前記第1物理系と第2物理系以外が変化することなく前記2量子ビットゲートを行い、前記2量子ビットゲート実行直後に、前記磁場発生装置によって全ての前記物理系の量子ビットを反転し、前記量子ビットを反転した後、前記2量子ビットゲートの実行に要した時間だけ何もせず待機し、待機後、前記磁場発生装置によって全ての物理系の量子ビットを反転するように制御する制御部と、を具備し、
前記2量子ビットゲートは、|0>−|4>間遷移および|3>−|4>間遷移に共鳴する光パルスを前記光源が前記第1物理系および前記第2物理系に照射して、前記第1物理系および前記第2物理系の|0>を|3>へ変換し、前記光源が前記共鳴周波数を有する単一光子パルスを前記片側共振器に照射し、|0>−|4>間遷移および|3>−|4>間遷移に共鳴する光パルスを前記光源が前記第1物理系および前記第2物理系に照射して、前記第1物理系および前記第2物理系の|3>を|0>へ戻すことであることを特徴とする量子計算機。 - 全反射ミラーと一部透過ミラーを含み、共鳴周波数を有する片側共振器と、
前記片側共振器の内部に含まれ、4つのエネルギー状態と2つのエネルギー状態を有し、前記4つのエネルギー状態を|0>、|1>、|3>、|5>と表示し、前記2つのエネルギー状態を|2>、|4>と表示すると、|0>、|1>、|3>、|5>のそれぞれが有するエネルギーよりも|2>、|4>が有するエネルギーの方が高く、|3>−|2>間遷移の遷移周波数が前記共鳴周波数に等しく、|0>と|1>とで量子ビットを表現する複数の物理系と、
前記物理系の状態を操作する光源と、
ビット反転を行う振動磁場を発生する磁場発生部と、
前記複数の物理系に含まれる第1物理系と第2物理系の量子ビットに2量子ビットゲートを行う際に、前記第1物理系と第2物理系の|0>と|1>以外の状態と前記片側共振器と前記光源を利用して、前記第1物理系と第2物理系以外が変化することなく前記2量子ビットゲートを行い、前記2量子ビットゲート実行直後に、前記磁場発生装置によって全ての前記物理系の量子ビットを反転し、前記量子ビットを反転した後、前記2量子ビットゲートの実行に要した時間だけ何もせず待機し、待機後、前記磁場発生装置によって全ての物理系の量子ビットを反転するように制御する制御部と、を具備し、
前記2量子ビットゲートは、|1>−|4>間遷移および|5>−|4>間遷移に共鳴する第1光パルスを前記光源が前記第1物理系に照射して前記第1物理系の|1>を|5>へ変換し、|1>−|4>間遷移および|3>−|4>間遷移に共鳴する第2光パルスを前記光源が前記第2物理系に照射して前記第2物理系の|1>を|3>へ変換し、前記第1物理系および前記第2物理系の|5>−|2>間遷移に共鳴する2つの第3光パルスを前記光源が前記第1物理系および前記第2物理系に照射して前記片側共振器を利用したアディアバティック・パッセージを行い、前記第1物理系の|5>を|3>へ、前記第2物理系の|3>を|5>へ変換し、2つの前記第3光パルスとは相対位相が異なる、前記第1物理系および前記第2物理系の|5>−|2>間遷移に共鳴する2つの第4光パルスを前記光源が前記第1物理系および前記第2物理系に照射して片側共振器を利用したアディアバティック・パッセージを行い、前記第1物理系の|3>を|5>へ、前記第2物理系の|5>を|3>へ戻し、前記第1光パルスを前記光源が前記第1物理系に照射して前記第1物理系の|5>を|1>へ戻し、前記第2光パルスを前記光源が前記第2物理系に照射して前記第2物理系の|3>を|1>へ戻すことであることを特徴とする量子計算機。 - 全反射ミラーと一部透過ミラーを含み、共鳴周波数を有する片側共振器と、
前記片側共振器の内部に含まれ、4つのエネルギー状態と2つのエネルギー状態を有し、前記4つのエネルギー状態を|0>、|1>、|3>、|5>と表示し、前記2つのエネルギー状態を|2>、|4>と表示すると、|0>、|1>、|3>、|5>のそれぞれが有するエネルギーよりも|2>、|4>が有するエネルギーの方が高く、|3>−|2>間遷移の遷移周波数が前記共鳴周波数に等しく、|0>と|1>とで量子ビットを表現する複数の物理系と、
前記物理系の状態を操作する第1光源と、
前記共鳴周波数を有する単一光子パルスを発生する第2光源と、
ビット反転を行う振動磁場を発生する磁場発生部と、
|0>−|4>間遷移および|3>−|4>間遷移に共鳴する光パルスを前記第1光源が前記複数の物理系に含まれる第1物理系および第2物理系に照射して前記第1物理系および前記第2物理系の|0>を|3>へ変換し、|1>−|4>間遷移および|5>−|4>間遷移に共鳴する光パルスを前記第1光源が前記第1物理系および前記第2物理系に照射して前記第1物理系および前記第2物理系の|1>を|5>へ変換し、前記第2光源が前記単一光子パルスを前記片側共振器に照射して前記第1物理系および前記第2物理系以外の物理系の量子ビットを反転し前記第1物理系および前記第2物理系の|3>と|5>を反転し、前記単一光子パルスを前記片側共振器に照射するのに要した時間だけ何もせずに待機し、|0>−|4>間遷移および|3>−|4>間遷移に共鳴する光パルスを前記第1光源が前記第1物理系および前記第2物理系に照射して前記第1物理系および前記第2物理系の|3>を|0>へ戻し、|1>−|4>間遷移および|5>−|4>間遷移に共鳴する光パルスを前記第1光源が前記第1物理系および前記第2物理系に照射して前記第1物理系および前記第2物理系の|5>を|1>へ戻し、全ての物理系の量子ビットを反転するように制御する制御部と、を具備することを特徴とする量子計算機。 - 前記物理系が、結晶中にドープされた希土類イオンであることを特徴とする請求項6から請求項9のいずれか1項に記載の量子計算機。
- 前記|3>および前記|4>が前記希土類イオンの異なる電子励起状態であることを特徴とする請求項10に記載の量子計算機。
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008040616A JP5091717B2 (ja) | 2008-02-21 | 2008-02-21 | 量子計算方法および量子計算機 |
US12/388,825 US8049943B2 (en) | 2008-02-21 | 2009-02-19 | Quantum computing method and quantum computer |
US13/239,818 US8223414B2 (en) | 2008-02-21 | 2011-09-22 | Quantum computing method and quantum computer |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008040616A JP5091717B2 (ja) | 2008-02-21 | 2008-02-21 | 量子計算方法および量子計算機 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2009198829A JP2009198829A (ja) | 2009-09-03 |
JP5091717B2 true JP5091717B2 (ja) | 2012-12-05 |
Family
ID=40998029
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2008040616A Active JP5091717B2 (ja) | 2008-02-21 | 2008-02-21 | 量子計算方法および量子計算機 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
US (2) | US8049943B2 (ja) |
JP (1) | JP5091717B2 (ja) |
Families Citing this family (37)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5367663B2 (ja) * | 2010-09-09 | 2013-12-11 | 株式会社東芝 | 量子情報処理方法及び量子情報処理装置 |
JP5367666B2 (ja) * | 2010-09-21 | 2013-12-11 | 株式会社東芝 | 誘導ラマン断熱通過の操作方法及び位相ゲート操作の方法 |
US9944520B2 (en) | 2013-01-15 | 2018-04-17 | Alcatel Lucent | Syndrome of degraded quantum redundancy coded states |
US9286154B2 (en) | 2013-06-07 | 2016-03-15 | Alcatel Lucent | Error correction for entangled quantum states |
KR101686583B1 (ko) * | 2013-11-29 | 2016-12-14 | 주식회사 엘지화학 | 카트리지 적층 구조의 전지모듈 |
US9354039B2 (en) | 2014-06-06 | 2016-05-31 | Massachusetts Institute Of Technology | Methods, systems, and apparatus for programmable quantum photonic processing |
US9762262B2 (en) | 2014-06-18 | 2017-09-12 | Alcatel Lucent | Hardware-efficient syndrome extraction for entangled quantum states |
US9791370B2 (en) * | 2015-04-14 | 2017-10-17 | Honeywell International Inc. | Die-integrated aspheric mirror |
US10613029B2 (en) * | 2015-04-14 | 2020-04-07 | Honeywell International Inc. | Apparatus and method for forming an alignment cell |
JP7026057B2 (ja) | 2016-06-02 | 2022-02-25 | マサチューセッツ インスティテュート オブ テクノロジー | 光ニューラルネットワークのための装置および方法 |
US10634851B2 (en) | 2017-05-17 | 2020-04-28 | Massachusetts Institute Of Technology | Apparatus, systems, and methods for nonblocking optical switching |
WO2019014345A1 (en) | 2017-07-11 | 2019-01-17 | Massachusetts Institute Of Technology | OPTICAL ISING MACHINES AND OPTICAL CONVOLUTIVE NEURAL NETWORKS |
US10523254B2 (en) * | 2017-07-20 | 2019-12-31 | Qualcomm Incorporated | Mixer S11 control via sum component termination |
US10614371B2 (en) * | 2017-09-29 | 2020-04-07 | International Business Machines Corporation | Debugging quantum circuits by circuit rewriting |
WO2020027868A2 (en) | 2018-02-06 | 2020-02-06 | Massachusetts Institute Of Technology | Serialized electro-optic neural network using optical weights encoding |
CN112384748B (zh) | 2018-05-15 | 2022-06-17 | 轻物质公司 | 光子处理系统和方法 |
WO2019222150A1 (en) | 2018-05-15 | 2019-11-21 | Lightmatter, Inc. | Algorithms for training neural networks with photonic hardware accelerators |
TW202032187A (zh) | 2018-06-04 | 2020-09-01 | 美商萊特美特股份有限公司 | 實數光子編碼 |
US11507818B2 (en) | 2018-06-05 | 2022-11-22 | Lightelligence PTE. Ltd. | Optoelectronic computing systems |
WO2019236591A1 (en) | 2018-06-05 | 2019-12-12 | Lightelligence, Inc. | Optoelectronic computing systems |
TW202017123A (zh) | 2018-10-15 | 2020-05-01 | 美商萊特美特股份有限公司 | 光子封裝及相關方法 |
TW202036134A (zh) | 2018-11-02 | 2020-10-01 | 美商萊特美特股份有限公司 | 使用光學處理的矩陣乘法 |
WO2020102204A1 (en) | 2018-11-12 | 2020-05-22 | Massachusetts Institute Of Technology | Large-scale artificial neural-network accelerators based on coherent detection and optical data fan-out |
US11734556B2 (en) | 2019-01-14 | 2023-08-22 | Lightelligence PTE. Ltd. | Optoelectronic computing systems |
TW202113412A (zh) | 2019-01-15 | 2021-04-01 | 美商萊特美特股份有限公司 | 高效率多槽式波導奈米光機電相位調變器 |
US11196395B2 (en) | 2019-01-16 | 2021-12-07 | Lightmatter, Inc. | Optical differential low-noise receivers and related methods |
TW202111467A (zh) | 2019-02-25 | 2021-03-16 | 美商萊特美特股份有限公司 | 路徑數平衡式通用光子網路 |
CA3130114A1 (en) | 2019-02-26 | 2020-09-03 | Lightmatter, Inc. | Hybrid analog-digital matrix processors |
US10622978B1 (en) * | 2019-04-05 | 2020-04-14 | IonQ, Inc. | Quantum logic gate design and optimization |
US11436518B2 (en) | 2019-05-22 | 2022-09-06 | IonQ, Inc. | Amplitude, frequency, and phase modulated entangling gates for trapped-ion quantum computers |
US11586702B2 (en) | 2019-05-23 | 2023-02-21 | IonQ, Inc. | Noise reduced circuits for superconducting quantum computers |
JP2022543366A (ja) | 2019-07-29 | 2022-10-12 | ライトマター インコーポレイテッド | 線形フォトニックプロセッサを使用したアナログ計算のためのシステム及び方法 |
JP2023503444A (ja) | 2019-11-22 | 2023-01-30 | ライトマター インコーポレイテッド | 線形フォトニックプロセッサ及び関連する方法 |
US11719963B2 (en) | 2020-04-29 | 2023-08-08 | Lightelligence, Inc. | Optical modulation for optoelectronic processing |
US11823010B2 (en) | 2020-05-28 | 2023-11-21 | IonQ, Inc. | Accelerated pattern matching method on a quantum computing system |
US11700078B2 (en) | 2020-07-24 | 2023-07-11 | Lightmatter, Inc. | Systems and methods for utilizing photonic degrees of freedom in a photonic processor |
CN113283606B (zh) * | 2021-06-11 | 2022-09-23 | 清华大学 | 构建量子逻辑门的方法、装置、计算机存储介质及终端 |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4047795B2 (ja) * | 2003-10-31 | 2008-02-13 | 株式会社東芝 | 量子計算方法および量子計算機 |
JP3984248B2 (ja) * | 2004-08-30 | 2007-10-03 | 株式会社東芝 | 量子コンピューター |
JP4316515B2 (ja) * | 2005-02-02 | 2009-08-19 | 株式会社東芝 | 量子計算機及び量子計算方法 |
JP5354861B2 (ja) * | 2007-02-14 | 2013-11-27 | 株式会社東芝 | 量子計算機および量子計算方法 |
-
2008
- 2008-02-21 JP JP2008040616A patent/JP5091717B2/ja active Active
-
2009
- 2009-02-19 US US12/388,825 patent/US8049943B2/en active Active
-
2011
- 2011-09-22 US US13/239,818 patent/US8223414B2/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US8223414B2 (en) | 2012-07-17 |
JP2009198829A (ja) | 2009-09-03 |
US8049943B2 (en) | 2011-11-01 |
US20090213444A1 (en) | 2009-08-27 |
US20120008182A1 (en) | 2012-01-12 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5091717B2 (ja) | 量子計算方法および量子計算機 | |
JP5354861B2 (ja) | 量子計算機および量子計算方法 | |
US7437533B2 (en) | Quantum information processing device and method | |
JP5091813B2 (ja) | 量子ゲート方法および装置 | |
JP4996407B2 (ja) | 単一光子発生装置、量子ビット読出装置および方法 | |
JP4047795B2 (ja) | 量子計算方法および量子計算機 | |
JP4316515B2 (ja) | 量子計算機及び量子計算方法 | |
Uphoff et al. | An integrated quantum repeater at telecom wavelength with single atoms in optical fiber cavities | |
Leung et al. | Coherent control of microwave pulse storage in superconducting circuits | |
JP6495752B2 (ja) | 量子計算機及び量子計算方法 | |
JP2001209083A (ja) | 量子情報処理方法および量子情報処理装置 | |
JP4296203B2 (ja) | 量子ビット読出装置および方法 | |
JP2009080310A (ja) | 量子計算機および量子計算方法 | |
JP5404801B2 (ja) | 量子計算機および量子メモリー | |
CN106662707A (zh) | 使用滑移面对称波导的高效自旋光子接口 | |
KR102098267B1 (ko) | 조절 에코-기반 양자 메모리 및 그것의 동작 방법 | |
WO2023200469A2 (en) | Nuclear spin wave quantum register for solid state quantum network nodes | |
Yoshida et al. | Entanglement distribution between quantum repeater nodes with an absorptive type memory | |
Yang et al. | Transverse mode revival of a light-compensated quantum memory | |
Gerasimov et al. | Optical control of diffuse light storage in an ultracold atomic gas | |
JP3984240B2 (ja) | 光量子ゲートおよびその動作方法 | |
Oliveira et al. | Quantum Memory and Optical Transistor Based on Electromagnetically Induced Transparency in Optical Cavities | |
Hird | Engineering a noise-free quantum memory for temporal mode manipulation | |
Ruskuc et al. | Scalable Multipartite Entanglement of Remote Rare-earth Ion Qubits | |
Waks et al. | Quantum networking with quantum dots coupled to micro-cavities |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20101015 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20120807 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20120821 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20120914 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150921 Year of fee payment: 3 |
|
R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 5091717 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150921 Year of fee payment: 3 |