量子物理学：マイクロ波光子を用いた決定論的量子状態転送と遠隔エンタングルメント

分散量子情報処理では、量子ネットワークのノード間におけるコヒーレントな情報の共有が不可欠である。このスキームでは、計算はサブルーチンに分割され、古典チャネルや量子チャネルで接続された、より小さないくつかの量子レジスターで実施される。確率論的ではなく決定論的にノードを接続するダイレクトな量子チャネルは、ノード間でより大きなエンタングルメント生成速度を実現し、誤り耐性を持つ分散量子計算において有利である。今回我々は、離れたチップ上に作製した2つの超伝導量子ビット（キュービット）間において、決定論的な状態転送とエンタングルメントプロトコルを実行した。ここでは、量子情報を送信・受信・記憶・処理できる汎用の量子ノードが、複数の超伝導回路によって構成されている。今回の実証は、全マイクロ波・共振器支援ラマン過程に基づいている。この過程では、時間対称性を持つ伝搬型の単一光子によって、トランズモン型人工原子のキュービットの状態をエンタングルさせたり、転送したりする。我々は、受信ノードでこうした伝搬光子を吸収することによって98.1 ± 0.1％の確率でキュービット状態を転送し、わずか180ナノ秒のプロトコル持続時間において80.02 ± 0.07％の転送過程忠実度を達成した。さらに、我々は50 kHzのレートにおいて78.9 ± 0.1％という高い忠実度で、オンデマンドで遠隔エンタングルメントも生成した。今回の結果は、マスター方程式の描像に基づく系の数値シミュレーションとよく一致している。この決定論的プロトコルは、極低温ネットワークのさまざまなノードに分散した量子計算に使用できる可能性がある。

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