「希望實現量子網際網路」。正在推進日本内閣府Moonshot研發項目「為構築量子計算網的量子介面開發（QuINT）」和日本總務省以構築全球量子密碼通信網為目標的研發項目「量子中繼技術（QuREP）」等項目的橫濱國立大學小坂英男教授充滿幹勁。
小坂英男教授。1989年京都大學研究生院理學研究科碩士畢業，1999年獲得京都大學研究生院工學研究科論文博士。1989年就職於日本電氣（NEC）光電子研究所，2003年擔任東北大學電氣通信研究所副教授，2014年擔任橫濱國立大學研究生院工學研究院教授，2020年擔任橫濱國立大學量子資訊研究中心負責人。
目前處於量子網際網路第二階段
小坂教授回顧說：「我原本從事半導體雷射的研究，在NEC工作的時候，TAO（原通信與廣播機構、資訊通信研究機構的前身）中涉及量子中繼的項目是我最初接觸到量子通信。從那時到現在大約25年的時間裏，我一直在以實現量子網際網路為目標推進研發。最初的時候，如果跟別人說我是研究量子的，會被取笑是傻瓜。但一步步踏實地走過來，現在再說起來則是被人仰視了。量子計算機受到關注是一個很大的轉折點。」
在資訊通信領域，通過中繼器將長距離傳輸中衰減的光或電信號放大，以實現長距離的資訊傳遞。例如在光通信中，接收變弱的光，將其轉換為電信號，然後通過振盪攜帶相同資訊的雷射進行中繼。而量子通信則不同。量子通信的一個優點是，如果被竊聽，量子狀態就會發生變化，因此能夠確保安全的通信，但如果量子狀態被中繼器擷取後再次發送，就有可能在中繼器環節被竊聽。
「量子網際網路分為三個階段：在第一階段，量子通信隻發送量子秘鑰，用這個量子密鑰來解密通常在網際網路上發送的加密資訊。這被稱作量子密鑰配送。這一階段目前已經實現了，被稱作QKD網路，其前提是相信中繼器是安全的。第二階段是用分束器中繼量子密鑰的QKD系統，目前已經完成了原理驗證。第三階段就是在網際網路上置換容量子資訊，並進行中繼。一旦實現了第三階段，就有可能連接起各地的量子計算機，建立一個巨大的量子計算機。QuINT項目將開發一種融合了量子記憶體和光學晶體的量子介面，以連接超導量子位元和通信用光量子。QuREP項目正在開發用於長距離通信的量子中繼技術。」
匯聚了日本頂級開發力量
為了推進QuINT和QuREP，2020年10月在橫濱國立大學内設立了量子資訊研究中心，由小坂教授擔任中心負責人。該中心除了橫濱國立大學的優秀成員之外，還聚集了來自德國的慕尼黑工業大學、烏爾姆大學、薩爾大學，東京大學、資訊通信研究機構、物質與材料研究機構、產業技術綜合研究所、量子科學技術研究開發機構、東京醫科齒科大學、京都大學、理化學研究所等的強有力的研究人員。「現在，已集結了50多人日本頂級的奈米技術團隊，例如QuINT項目中就有鑽石量子記憶體、光學機械諧振器、壓電微波諧振器3個研究團隊正在推進研發。」
目前已取得了多個成果。例如，通過將鑽石量子記憶體夾在光子晶體中間，使來自超導量子位元的微波光量子保持量子狀態並作為光量子輸出，實際驗證了量子介面的原理。「如果要增加超導量子計算機的量子位數，不可避免地會使其體積增大，無法放入冷凍機。因此，通過將量子位元的量子資訊轉換為光，就有可能將量子計算機連接起來。」
在QuREP項目中，建立了由橫濱國立大學為主導，包括東芝、古河電工、浜松光量子學在内的產學官緊密合作的團隊，目前正在推進量子中繼相關基礎技術的開發。目標並不是使用分束器的只能中繼一次的機率論量子中繼，而是能夠進行多次中繼的決定論量子中繼。「我們正在開發使用鑽石NV的量子中繼技術。荷蘭代爾夫特理工大學已經成功實現了強磁場下3個節點之間的鑽石量子中繼，在量子網際網路的基本原理驗證方面領先了一步，但我們的方式是在零磁場中獲得高保真度，所以我認為我們的方案會更勝一籌。在鑽石量子記憶體方面，我們已經實現了按需量子中繼的基本功能（門操作保真度與時間、電子與光量子糾纏生成保真度、記憶體保持時間、單事件讀出保真度、量子糾錯保真度等）已經達到了最初制定的目標。目前的研發工作是使各個功能聯動，整體作為量子中繼器運轉，以提高位元率。」
也在積極培養人才
小坂教授還在積極地致力於人才培養。除了積極支援以從事量子物理可用能的年輕研究者和學生為主體的研究會、資訊通信研究機構的人才培養計劃等之外，還在橫濱國立大學舉辦體驗活動，讓本科生儘早進入研究室，接觸最尖端的研究。此外，由他擔任委員長的應用物理可用能學會量子資訊工學研究會除了每年召開2次研討會以外，還為登月型研究項目的年輕成員創辦的量子網際網路工作群組提供幫助。「目前日本的量子研究的中心，還是包括我在内的這些老人，所以必須培養年輕人。但是，由於大學裏沒有足夠的環境來製作東西，所以只能進行模擬後進行設計，但加工就得靠外包。如果日本真的想要恢復競爭力，我認為有必要在各大學建立起能自己製作裝置、反復進行實驗的環境。」
原文：《科學新聞》
翻譯：JST客觀日本編輯部
