量子物理学：エンタングルした多光子グラフ状態の単一原子による効率的な生成
Nature 608, 7924 doi: 10.1038/s41586-022-04987-5
量子科学の中心的な技術的魅力は、エンタングルメントなどの量子効果を、計算、通信、センシングなどのさまざまな用途に利用することにある。こうした分野における最も重要な課題は、多数キュービットの系にアドレスしてこれを制御し、デコヒーレンスから保護することである。このような背景において、本来ロバストで操作しやすい光学光子は、キュービットの理想的な担体である。しかし、光子エンタングルメントの生成においてこれまでで最も成功している技術は、本質的に確率的であるため、スケーラビリティーが厳しく制限される。今回我々は、共振器内の単一メモリー原子を用いて光子エンタングルメントを生成するための、決定論的プロトコルの実装について報告する。我々は、個別に調整された原子キュービット回転を用いて、制御された単一光子放射をインターリーブし、最大14個の光子のグリーンバーガー・ホーン・ツァイリンガー（GHZ）状態を76(6)％を下限とする忠実度で、最大12個の光子の線形クラスター状態を56(4)％を下限とする忠実度で効率よく成長させた。光源から検出までの効率が１光子当たり43.18(7)％と高いことから、これらの大きな状態を1分ごとに約1回測定できた。これは、これまでのどの実験よりも数桁速い。今後は、この速度がさらに高められ、このスキームが共振器内の2個の原子に拡張されたり、複数の光源が量子力学的に結合されたりして、より高次元のクラスター状態が生成される可能性がある。光子エンタングルメント生成の確率論的スキームが直面する限界を克服した今回の成果は、測定に基づくスケーラブルな量子計算や量子通信への道を開く可能性がある。
