量子フィードバック制御のトポロジカルな分類に成功 ―擾乱から保護された量子制御の設計に向けて―

2026-03-06 東京大学

東京大学大学院工学系研究科の研究チームは、量子系の測定結果を用いて状態を制御する「量子フィードバック制御」について、対称性に基づくトポロジカルな分類を理論的に確立した。研究では、誤差を含みつつ擾乱を最小に抑える「最小擾乱測定」を複数回行いフィードバックを繰り返す一般的な状況を解析し、このような量子フィードバック制御が取り得る対称性が10種類に限定されることを証明した。さらに、その制約を超える対称性がどのような測定条件で実現可能かについても具体的なプロトコルを示した。これにより、量子制御のトポロジーに基づく体系的な設計指針が与えられ、ノイズや擾乱に強い量子技術の開発につながる可能性がある。研究成果は2026年3月、学術誌「Physical Review Letters」に掲載された。

量子フィードバック制御のトポロジカルな分類に成功 ―擾乱から保護された量子制御の設計に向けて―
量子フィードバック制御の概念図

<関連情報>

逐次量子フィードバック制御の対称性とトポロジー Symmetry and Topology of Successive Quantum Feedback Control

Junxuan Wen, Zongping Gong, and Takahiro Sagawa
Physical Review Letters  Published: 5 March, 2026
DOI: https://doi.org/10.1103/48k3-tb1j

Abstract

We establish a symmetry classification for a general class of quantum feedback control. For successive feedback control with a nonadaptive sequence of bare measurements (i.e., with positive Kraus operators), we prove that the symmetry classification collapses to the ten-fold AZ classes, specifying the allowed topology of CPTP maps associated with feedback control. We demonstrate that a chiral Maxwell’s demon with Gaussian measurement errors exhibits quantized winding numbers. Moreover, for general (nonbare) measurements, we explicitly construct a protocol that falls outside the ten-fold classification. These results broaden and clarify the principles in engineering topological aspects of quantum control robust against disorder and imperfections.

1701物理及び化学
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