量子システムの「不完全性」を活用する新型チップを開発(New chip offers way to make use of quantum system ‘imperfections’)

2026-05-19 スウェーデン王立工科大学(KTH)

スウェーデンのKTH王立工科大学の研究チームは、量子コンピュータで避けられない「不完全性」やノイズを逆に活用できる新型チップを開発した。従来の量子計算では、量子ビットの誤差やばらつきは性能低下の主要因とされ、極低温制御や誤り訂正技術による抑制が重視されてきた。今回の研究では、量子系に存在する固有のゆらぎや相互作用を計算資源として利用する設計思想を導入し、完全に均一でない量子デバイスでも有効な情報処理を可能にした。新型チップは、量子現象を利用したニューラルネットワーク型計算や最適化処理に適しており、製造ばらつきに対する耐性も高いという。研究チームは、量子ハードウェア開発における「完全性追求」から「不完全性活用」への発想転換が、実用的な量子技術実現を加速するとしている。成果は、低コスト量子チップ設計やエネルギー効率の高い次世代計算技術への応用が期待される。

<関連情報>

プログラム可能な線形フォトニック回路におけるフォック状態量子光のコヒーレント吸収のエミュレーション Emulation of coherent absorption of Fock-state quantum light in a programmable linear photonic circuit

Govind Krishna,Jun Gao,Sam O’Brien,Rohan Yadgirkar,Venkatesh Deenadayalan,Stefan Preble,Val Zwiller & Ali W. Elshaari
Nature Communications  Published:09 May 2026
DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-026-72850-6

量子システムの「不完全性」を活用する新型チップを開発(New chip offers way to make use of quantum system ‘imperfections’)

Abstract

Non-Hermitian quantum systems, governed by nonunitary evolution, offer powerful tools for manipulating quantum states through engineered loss. A prime example is coherent absorption, where quantum states undergo phase-dependent partial or complete absorption in a lossy medium. Here, we demonstrate a fully programmable implementation of nonunitary transformations that emulate coherent absorption of quantum light using a programmable integrated linear photonic circuit, with loss introduced via coupling to an ancilla mode. Probing the circuit with a single-photon dual-rail state reveals phase-controlled coherent tunability between perfect transmission and perfect absorption. A two-photon NOON-state input, by contrast, exhibits switching between deterministic single-photon absorption and probabilistic two-photon absorption. Across a broad range of input phases and circuit configurations, we observe nonclassical effects including anti-coalescence and bunching, together with continuous and coherent tuning of output Fock-state probability amplitudes. Classical Fisher information analysis reveals phase sensitivity peaks of 1 for single-photon states and 3.4 for NOON states, exceeding the shot-noise limit of 2 and approaching the Heisenberg limit of 4 for two-photon states. The experiment integrates quantum state generation, programmable photonic circuitry, and photon-number-resolving detection, establishing ancilla-assisted circuits as powerful platforms for programmable quantum state engineering, filtering, multiplexed sensing, and nonunitary quantum simulation.

0403電子応用
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