横浜国立大学大学院工学研究院の小坂英男教授らは、ドイツのStuttgart 大学、大阪大学、東京大学との共同研究で、量子通信に用いる光子を量子メモリーとなるダイヤモンド中に量子テレポーテーションの原理で転写して、長時間保存する新原理の実証に世界で初めて成功したと発表。絶対的に安全な量子通信網の飛躍的長距離化・高信頼化が期待される。

 量子通信は、量子力学を応用した盗聴不可能な暗号通信技術で、量子でできた暗号鍵の自動配信(QKD)を用いる。現在、100km程度の距離で実用化が進行中だが、それ以上の長距離には、量子テレポーテーションという原理で光子が一度では届かない遠方に量子状態を再生する量子中継が不可欠。光子が届く数10km毎に配置した量子ノード間に量子もつれ(2量子間の量子的な相関状態)を生成し、量子ノード内で量子もつれを検出する必要があるという。

 中継ノードは量子メモリーとなるダイヤモンド中の核子を持ち、光子の量子状態は電子を介して核子に量子テレポーテーション転写される。このような転写を数10km毎の各区間で行い、古典測定ではなく量子測定を行うことで、盗聴不可能な量子中継が可能となる。本方式では、1000kmの回線で毎秒100メガビットの情報送信が可能という。原子を構成する電子と核子のスピンは超微細相互作用という量子もつれを導く力でつながっている。量子テレポーテーションにはこの物質内在の量子もつれを種とし、光子の吸収による量子もつれ検出を応用して光子の量子状態を核子に転写することに成功した。

 今回の成果により、量子通信ネットワークを世界に広げ、物理法則によって安全性が保証された安心で健全な情報化社会の継続的な発展が可能だとしている。

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大学ジャーナルオンライン編集部

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