量子メモリの進展：硬X線を使った量子情報保存技術の新たな展開

TokyoテキサスA&M大学やヘルムホルツ・イェーナ研究所を含むさまざまな機関の研究者グループが、X線パルスを単一光子レベルで蓄積し放出する新しい方法を発見しました。この発見はScience Advances誌に発表されており、X線フォトンを使った量子ネットワーキングやコンピューティングの大きな進展につながる可能性があります。

量子メモリーは通常、光のフォトンと原子の群れを使います。しかし、オルガ・コチャロフスカヤ博士と彼女のチームは、原子の代わりに核を使うことでメモリーをより長持ちさせることができることを発見しました。これは、常温の固体材料でも効果的に機能します。メモリー時間が長くなる理由は、核の遷移が外部場の影響を受けにくい小さなサイズであるためです。

チームの新しいプロトコルでは、次のような手順が含まれています。

• 移動する核吸収体を用いて、吸収スペクトルに周波数コムを形成します。
• このコムのスペクトルに一致する短いパルスを核ターゲットによって吸収させるために調整します。
• 逆ドップラーシフトにより遅延してパルスを再放射します。

このアイデアは、運動によって引き起こされる周波数の変化に基づいており、異なる周波数成分を一致させることを可能にします。それを実現するために、彼らは1つの固定された吸収体と6つの移動する吸収体を用いて、七つの部分からなる周波数パターンを作成しました。

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この手法により、強固で長寿命な量子メモリが実現できます。核のコヒーレンスを利用することで、寿命の長い核異性体をより効果的に使用でき、保存時間が延びます。さらに、単一光子レベルで情報を保持することができるため、X線領域において信頼性の高い量子メモリシステムであることが示されています。

可能性は大きいです。量子技術を短波長に拡張することは、多くの高周波数サイクルを平均化してノイズを低減するため、有望です。これにより、より正確で信頼性の高い量子情報処理システムが実現する可能性があります。

チームは次のステップとして、必要な時に蓄積された光子の波動パケットを解放できるようにすることと、異なるハードX線光子同士を接続することを目指しています。この接続はエンタングルメントと呼ばれ、量子コンピューティングで情報を処理する上で重要です。この研究は、将来の量子コンピューターやネットワークの発展に大きな影響を与える可能性があります。

チームの成果により、X線エネルギーを用いた量子光学の新たな可能性が開かれました。彼らの柔軟で信頼性のあるセットアップは、X線フォトンの特別な特性を利用して量子技術の進歩に重要な役割を果たすでしょう。