計画研究 C02：

開放型イオントラップ系による量子情報処理

集積化が可能で他の量子系との結合が容易なイオントラップを開発するとともにイオンを用いた量子ゲート、イオンの空間制御を行う。また、高速断熱通過法などの方法を応用することにより、従来よりもシンプルな方法でロバストかつ高フィデリティな量子計算を行なうためのエンタングルメントや重ね合わせの状態の生成、および量子ゲートの構成を行なう。

レーザー冷却された原子イオンは孤立した理想的な物理系を実現し、量子情報処理実現のもっとも有力な候補のひとつとされている。少数個イオンにより、他の物理系にはない基本的な量子アルゴリズムが実証されている。今後は、大規模化を目指したトラップの集積化技術、フォールトトレラントな計算を目指した量子ゲートの高忠実度化、他の量子系との結合などが中心的な研究課題となる。これまではイオンの振動基底状態までの冷却技術の開発、新しい量子ビットとしてCaイオンの二つの準安定状態を用いたテラヘルツ量子ビットの開発を進め、量子ゲート実験に必要な基盤技術の確立を行なってきた。本研究では、集積化が容易であるとともに、開放型のトラップであるプラナーイオントラップの開発を行ない、常温や低温での動作の実験、量子ゲート実験、トラップ間のイオンの空間制御などの実験を行う。また高速断熱通過法や不均一な局所磁場によるイオンの運動制御などの方法を応用することにより、従来よりもシンプルな方法でロバストかつ高フィデリティな量子計算を行なうためのエンタングルメントや重ね合わせの状態の生成、および量子ゲートの構成を行なう。これらの実験を通してイオントラップ内のイオンと他の微視的、メゾスコピックな系との結合（光、超伝導系、半導体系、微小機械、伝送線路）の可能性について探索を行なう。

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