作爲使用光的新一代電腦而被寄予厚望的「光量子電腦」，必須擁有能夠自行糾正計算錯誤的「GKP量子位元」基本元件。東京大學等機構組成的合作研究團隊宣佈，在世界上首次成功利用光製造出了GKP量子位元。
光量子電腦可在室溫下運行，且有望實施小型化，由此在全球量子計算領域内產生了激烈的剝削競爭。然而，此前已經在超導量子電腦等領域擁有成功案例的GKP量子位元，在光量子電腦領域卻還未能成功。東京大學的合作研究團隊表示，憑藉本次的研究成果，向可糾錯光量子電腦的實際應用邁進了一大步。
本次研究開發並運行的高性能光量子偵檢器（供圖：東京大學合作研究團隊）
合作研究團隊由東京大學研究生院工學系古澤明教授、Asavanant Warit助教等人以及資訊通訊研究機構（NICT）、理化學研究所、捷克共和國帕拉茨基大學、德國美茵茨大學的研究人員共同組成。
東京大學的古澤明教授（供圖：科學技術振興機構）
量子電腦利用光量子、原子、電子等被稱爲量子的極小物質的性質來進行計算。傳統電腦使用0或1來表示資訊的最小單位爲「位元」，而量子電腦使用的是「0與1的混合狀態」的「量子位元」。在量子電腦的硬體方面，除了使用光量子外，還有使用超導、離子、半導體等多種方式，但這些方法在計算程序中都容易出現錯誤。
量子位元具有脆弱性，因此需要將許多量子位元連接起來構成「一個量子位元」。這就是「邏輯量子位元」，有若干種實施方法。GKP量子位元就是其中之一，其完成度被認爲是量子電腦計算糾錯的關鍵。
古澤教授等人正在開發的光量子電腦，使用光脈衝訊號來形成量子位元。研究團隊首先開發了一種使用超導的高性能光量子偵檢器。該偵檢器可以透過重複相同的步驟，創造出高質量的量子位元連接狀態。
研究團隊進一步利用這個光量子偵檢器，成功地從一個包含大量光粒子的脈衝中製造出了特殊的光狀態（峰值）。透過這種方法，成功研發了與排列大量量子位元的狀態作用相同的邏輯量子位元——GKP量子位元。
在使用超導或離子的量子電腦領域，已有涉及成功研發GKP量子位元並實施糾錯功能的學術成果發表。然而，這些方法需要大量的量子位元，導致電腦大型化，並且耗電巨大。而本次的方法，透過光來生成邏輯量子位元，向研發實用級別尺寸的量子電腦又邁進了一步。
古澤教授的研究專案「故障容許度型大規模通用的光量子電腦的研發」被列爲日本政府推進的「登月型研究開發制度」的目標6——「到2050年，研發出實施經濟、工業和安全保障飛躍性隊形變換的故障容許度型通用的量子電腦」中的重要研究課題。
上述研究團隊迄今爲止已成功開發了提升光量子電腦計算能力的方法，以及實施早先被認爲困難的「乘法」等計算方法。依據本次研究成果，研究人員計劃在9月左右成立一家研究成果實用化的初創企業。相關研究成果已於2024年1月19日發表在美國科學雜誌《Science》上。
【相關鏈結】
東京大學新聞稿「生成傳播光的邏輯量子位元——邁向大規模故障容許度型量子計算的第一步」
【論文資訊】
雜誌：Science
論文：Logical states for fault-tolerant quantum computation with propagating light
作者：Shunya Konno, Warit Asavanant*, Fumiya Hanamura, Hironari Nagayoshi, Kosuke Fukui, Atsushi Sakaguchi, Ryuhoh Ide, Fumihiro China, Masahiro Yabuno, Shigehito Miki, Hirotaka Terai, Kan Takase, Mamoru Endo, Petr Marek, Radim Filip, Peter van Loock, Akira Furusawa* (17名)
DOI：10.1126/science.adk7560
URL：science.org/doi/10.1126/science.adk7560
日文：JST Science Portal 編輯部
中文：JST客觀日本編輯部
