【量子】電子スピン状態を光パルスで完全制御することに成功

1 ： ◆KzI.AmWAVE ＠Hφ=Eφ ★：2008/11/14(金) 12:56:49 ID:??? ?2BP(135)

電子スピン状態を光パルスで完全制御することに成功
― 超高速量子コンピューターの実現への一里塚 ―

　ＪＳＴ基礎研究事業の一環として、情報・システム研究機構 国立情報学研究所の山本 喜久
教授らは、半導体ナノ構造に閉じ込められた電子スピンの状態を、光パルスを用いて完全に
制御することに成功しました。

　量子コンピューターを実現するための第一歩は、量子情報を納めているスピン状態を完全に
制御する技術を確立することです。このスピン制御技術には３つの要素があり、スピン状態の
初期化（古い情報の消去）、スピンの回転（新しい情報の書き込み）、そしてスピン状態の検出
（情報の読み出し）です。従来、このスピンの制御には、２つのスピン準位間（基底状態と励起
状態）のエネルギー差に対応した１〜１０GHzのマイクロ波のパルスを用いた電子スピン共鳴法
と呼ばれる手法が用いられてきました。この方法では、スピン制御に要する時間が数ナノ秒〜
数十ナノ秒（１ナノ秒＝１０^-９秒）以上にもなります。このため、スピンに納められている量子
情報が消失してしまう前に行える最大の演算回数が１，０００回以下に制限されてしまいます。
このことが量子コンピューターを実現する上での大きな障害になっていました。

　本研究グループは、マイクロ波の代わりに周波数が５桁も高い光波のパルスを用いることに
より、１ピコ秒〜１０ピコ秒（１ピコ秒＝１０^-１２秒）という短い時間でスピンを制御することに
成功しました。この方法を用いれば、超高速でスピン制御ができるだけではなく、個々のスピンに
独立して光パルスを照射することで、同時に個別スピンを制御することが可能になり、大規模な
量子コンピューターを構築していくうえで、有利な道が開けるものと期待されます。

　本研究成果は、平成２０年１１月１３日（英国時間）発行の英国科学雑誌「Nature」に掲載される
とともに、同年１１月２５日（火）から２８日（金）まで奈良県新公会堂（奈良市）で開催される「国際
シンポジウム −量子技術に関する物理−（2008 International Symposium on Physics of Quantum
Technology）」（実行委員長　山本 喜久 教授）にて発表されます。

科学技術振興機構プレスリリース
http://www.jst.go.jp/pr/announce/20081113/index.html


Complete quantum control of a single quantum dot spin using ultrafast optical pulses
Nature 456, 218-221 (13 November 2008) | doi:10.1038/nature07530
http://www.nature.com/nature/journal/v456/n7219/abs/nature07530.html