新・統合失調症の人とその家族のためのスレｯﾄﾞ★14

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177(1): 07/12(土)10:20 ID:DD1LLbxE(11/15) AAS
・量子テレポーテーションを無線でする場合下記の環境を整えることが必須条件
量子コンピューター同士の長距離通信を実現、データを橋渡しする新しい“翻訳機”が秘めた可能性
2025.07.12
外部ﾘﾝｸ:wired.jp
>>量子コンピューターが扱うデータを光通信へと橋渡しすることで、長距離通信を可能にする“翻訳機”の実現が現実味を帯びてきた。
>>最大95%の変換効率と低ノイズを強みとする、
>>量子情報をやり取りする機器同士の通信手段の確立にある。例えば、超伝導方式の量子コンピューターが扱う超伝導量子ビットは極低温環境で動作し、マイクロ波という電磁波を使って情報をやり取りする。だが、マイクロ波は減衰しやすく、長距離伝送には適していない。そこで、光ファイバーを通じて遠距離まで安定的に伝送できる光信号へとマイクロ波を変換し、再びマイクロ波に戻す手段が必要というわけだ。
>>この変換プロセスには、マイクロ波・光変換器（MOC）と呼ばれる装置が用いられる。これまで数々のMOCが開発されてきたが、変換効率が50%に満たなかったり、変換中に1光子以上のノイズが生じたりと、量子通信に耐えうる性能には至っていないのが実情だ。
>>スピン（自転のような性質）の状態にある電子をもつ色中心という欠陥構造を、シリコン基板上に配置したマイクロ波共振器と光共振器の双方と強く結合させる手法だ。これにより95%を超える変換効率と、1光子未満の低ノイズを実現できる理論的な枠組みを提示した。
>>色中心とは、結晶内部に形成される微細な欠陥構造のことで、特定の波長の光を吸収したり放出したりする性質をもつ。電子のスピン状態と軌道状態の両方を制御できることから、量子情報の変換において“橋渡し”の役割を果たす。天然のダイヤモンドが色を帯びる原因のひとつも、この色中心に起因している。

178: 07/12(土)10:21 ID:DD1LLbxE(12/15) AAS
>>177
>>MOCの中核をなすのは、シリコン基板上に形成された光共振器と超伝導マイクロ波共振器だ。これらの共通の領域に配置された色中心が、マイクロ波信号と光信号の間の変換を担っている。
>>電子のスピン状態は、マイクロ波帯の電磁場とエネルギーを交換できる一方で、軌道状態（原子核の周りを回る状態）は光と結びついている。つまり、色中心はマイクロ波と光の双方に“窓口”をもっており、その三波混合によって量子情報の変換が実行されるという仕組みだ。
>>特筆すべきは、共鳴周波数に正確に合わせるだけで変換できる点にある。通常はノイズの影響を避けるために、信号と共鳴周波数の間に数百メガヘルツから数ギガヘルツのずれを設ける必要がある。それが今回の研究では、信号をあえて外部と結合していない自然な固有の周波数に一致させることで、高効率かつ低ノイズな変換が可能になることが示された。
>>研究チームは今回、理論解析だけでなく具体的なデバイスの設計も提案している。超伝導マイクロ波共振器には、光の漏れ込みによる損傷を抑えるために、光導波路と物理的に距離をとる構造を採用した。また、光の一部が界面からしみ出すように伝わるエバネッセント場についても、導波路と共振器の距離をわずか数マイクロメートル離すことで急激に小さくし、超伝導体内部に光が到達するのを防いでいる。
>>それでもわずかに光が入り込んだ場合、超伝導体内部では準粒子が生成される。準粒子とは、超伝導状態を支えている電子の結びつきが崩れることで現れる仮想粒子であり、これがマイクロ波の共振性能を損なう原因となる。したがって、こうした準粒子の生成を最小限に抑える設計が不可欠というわけだ。
>>材料として注目されているのが、シリコンの内部に形成されるTセンターとErセンターと呼ばれる構造である。Tセンターは半金属元素のテルル（Te）に由来する欠陥構造で、光信号との結合が強いことから0.14μWという極めて低い電力で動作する。一方、Erセンターは希土類元素のエルビウム（Er）イオンに起因しており、通信波長帯の光に対応できるほか、磁場との相互作用が強いという利点もある。それぞれが異なる特性をもつことから、用途に応じた使い分けが検討されている。

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