大規模中性原子量子コンピュータ向けの多重量子光インターフェースを実現 ―大規模ネットワーク型量子コンピュータへの新技術―

2026-09-01 大阪大学,科学技術振興機構,情報通信研究機構

大規模な誤り耐性型量子コンピュータの実現に向け、大阪大学、情報通信研究機構(NICT)、浜松ホトニクスなどの研究グループが、集積光導波路アレイを用いた「多重量子光インターフェース」を開発した。数マイクロメートル間隔で並ぶ中性原子10個から発生する光子を10チャンネルで並列に結合・配送し、超伝導ナノストリップ光子検出器で同時検出する世界記録の10サイト空間多重を実証した。従来は数多重程度だった光接続を、将来的に約100多重へ拡張できる可能性も示した。量子もつれを介して複数の量子コンピュータをネットワーク化する基盤技術として、データセンター規模の分散量子計算や誤り耐性型汎用量子コンピュータの実現に寄与すると期待される。

大規模中性原子量子コンピュータ向けの多重量子光インターフェースを実現 ―大規模ネットワーク型量子コンピュータへの新技術―
図1:開発した多重量子光インターフェースの実験図

<関連情報>

原子アレイ用導波路アレイベースの多重化フォトニックインターフェース Waveguide-array-based multiplexed photonic interface for an atom array

Yuya Maeda, Toshiki Kobayashi, Takuma Ueno, Kentaro Shibata, Shinichi Takenaka, Kazuki Ito, Yuma Fujiwara, Shigehito Miki, Hirotaka Terai, Tsuyoshi Kodama, Hideki Shimoi, Rikizo Ikuta, Makoto Yamashita, Shuta Nakajima, and Takashi Yamamoto
Optica  Published: August 31, 2026
DOI:https://doi.org/10.1364/OPTICA.588749

Abstract

The growing demand for high-capacity quantum communication and large-scale quantum computing underscores the importance of networking quantum processing units via multiplexed photonic channels. A neutral atom array with multiplexed atom–photon entanglement is a promising platform for its realization. Here, we demonstrate a key multiplexed photonic interface guiding the photons from an atom array to a single-mode waveguide array fabricated on a glass-based photonic integrated circuit. Remarkably, 10 channels out of the 32-channel waveguide array with 25 µm pitch couple to photons from 10 sites of the atom array with Rydberg gate-enabled separation. Based on the observed correlation between the atomic states and the photon polarization with a visibility of 0.87, we anticipate its applicability to a large-scale multiplexed atom–photon entanglement generation for networking quantum processing units.

1601コンピュータ工学
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