量子情報科学：アクティブフィードフォワードを使った143 kmにわたる量子テレポーテーション
Nature 489, 7415 doi: 10.1038/nature11472
量子インターネットは次世代の情報処理プラットフォームになると予測されており、セキュアな通信を実現し、分散型コンピューティングを指数関数的に加速させると期待されている。量子テレポーテーションを介して遠距離にわたって単一キュービットを配送することが、そのような地球規模のプラットフォームを実現するうえで重要な要素となる。量子テレポーテーションを使うことで、どのような距離でも、位置がわかっていないパーティへ未知の量子状態を伝送できる。独立な外部キュービット、内部キュービット、スクイーズド状態の量子テレポーテーションが初めて実験により実証されてから、通信距離は徐々に延ばされてきた。通常、量子テレポーテーションは古典的なベル状態測定の結果に対しアクティブフィードフォワードなしで実現されるが、アクティブフィードフォワードは量子コンピューター同士が通信するような将来の応用では不可欠な要素となる。量子インターネットが地球規模であるかどうかの基準は、減衰量が衛星と地上局間の経路に相当する長距離自由空間リンクにおいて、独立なキュービットの量子テレポーテーションが可能かどうかである。今回我々は、実時間処理のアクティブフィードフォワードを使用した、そのような長距離での自由空間量子テレポーテーション実験を報告する。この実験では、カナリア諸島に位置するラ・パルマ島とテネリフェ島の間をつなぐ、143 kmにわたる2つの自由空間光リンク（量子通信用のリンクと古典通信用のリンク）を使った。これを実現するため、我々は周波数非相関の偏光量子もつれ光子対、超低雑音単一光子検出器、量子もつれ支援時刻同期法などの先端技術を組み合せた。テレポートした状態の忠実度の平均値は、2/3の古典限界を十分超えている。さらに、完全な量子プロセストモグラフィーにより、フィードフォワードなしでの量子テレポーテーション手順の品質を確かめた。この実験により、現実世界のシナリオ、特に将来の衛星を使った量子テレポーテーションに対して、このような科学技術が十分成熟し適用可能であることが検証できた。
