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音の量子の一方向同期が雑音に耐えることを理論で示す

この記事のポイント

  1. 実現したこと

    音の量子であるフォノンを一方向に同期させる方式が、理論研究で提案された。

  2. 実現の仕組み

    異なる二つの量子効果を組み合わせ、フォノンの非相反量子同期を実現する。

  3. 得られた結果

    理論研究で、大きな欠陥や雑音が存在しても量子同期が維持された。

  4. 従来との違い

    提案方式では、光や磁場を加える方向を逆にすると、フォノンが同期する条件から同期しない条件へ切り替わる。

欠陥を含む二つの振動する物質領域を概念的に描き、光や場の向きによってフォノンの波が一方向ではそろい、逆方向ではそろわない様子を示す編集イラスト。
AI生成画像

音の量子であるフォノンを一方向に同期させ、その同期を欠陥や環境雑音の存在下でも維持する方式が理論研究で示された。二つの量子効果を組み合わせ、光や磁場を加える方向によって同期の有無を変える。

フォノンの同期に方向性を持たせる

理化学研究所の理論物理学者Franco Nori、Adam Miranowicz、Deng-Gao Laiは、音の量子であるフォノンの非相反量子同期を実現する方式を提案した。非相反量子同期とは、二つの量子系が一方向には同期する一方、逆方向には同期しない現象を指す。

製造上の欠陥と環境雑音が同期を妨げる

一方向の同期を実用的な量子技術に結び付ける際には、製造上の欠陥と環境雑音が障壁になる。理研の量子コンピュータ研究センターに所属するAdam Miranowiczは、従来の方式ではこれらが量子資源を大幅に抑制し、完全に失わせる場合もあると説明している。

二つの量子効果と外場の方向を組み合わせる

提案方式は、異なる二つの量子効果を組み合わせて利用する。この方式では、光または磁場を一方の方向から加えるとフォノンが同期し、逆方向から加えると同期しない。外場を加える方向によって、同期が成立する条件と成立しない条件が分かれる。

大きな欠陥や雑音があっても同期を維持

理論研究では、大きな欠陥や雑音が存在しても、この方式の量子同期が維持された。Deng-Gao Laiは、この耐性を持つ同期の応用先として、量子ネットワークと誤りに強い量子情報処理を探索する計画を示している。