クラウド経由で¹⁷¹Yb⁺イオンを用いた量子ゲート実行に成功

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2025-12-04

natural_sciences

{'items': [{'key': 'b7ktj', 'term': '¹⁷¹Yb⁺イオン', 'description': {'blocks': [{'key': '8snv2', 'text': '171イッテルビウムイオン、¹⁷¹Yb⁺イオンは、量子ビットとして広く利用されているイオン種の一つで、その内部エネルギー準位構造が量子計算に適した特性を持っています。特に、超微細構造準位と呼ばれる内部エネルギー準位を利用することで、外部磁場などの環境変動に強い量子ビットを構成することができ、長いコヒーレンス時間を実現できます。こうした特性から、世界的に量子コンピュータや量子シミュレーションの実験において用いられているイオン種です。', 'type': 'unstyled', 'depth': 0, 'inlineStyleRanges': [], 'entityRanges': [], 'data': {}}], 'entityMap': {}}}, {'key': '34t7c', 'term': 'イオントラップ', 'description': {'blocks': [{'key': 'bkjkq', 'text': 'イオントラップとは、電荷を持つ原子や分子（イオン）を電磁場によって空間内の狭い領域に閉じ込めるための装置です。内部の電場・磁場を制御することで、イオンを極低温状態のまま安定に浮遊させることができ、それらのイオンを量子コンピュータのための量子ビットとして利用することができます。代表的な方式として、静電場と交流電場を組み合わせる「パウルトラップ」や、静電場と静磁場を用いる「ペニングトラップ」があります。本研究では、線形パウルトラップと呼ばれる方式を用いて実験を行いました。', 'type': 'unstyled', 'depth': 0, 'inlineStyleRanges': [], 'entityRanges': [], 'data': {}}], 'entityMap': {}}}, {'key': 'f5sua', 'term': '量子ビット', 'description': {'blocks': [{'key': '5b1l5', 'text': '量子ビット（qubit）は、量子コンピュータにおける情報の最小単位で、従来のコンピュータのビット（0 または 1）に対応します。量子ビットは、量子力学に基づいて「0」と「1」が同時に成り立つ重ね合わせ状態をとることができ、複数の量子ビット同士が強く結びつく量子もつれも利用できます。これらの性質により、従来の計算機では極めて困難な計算を効率的に行う可能性が生まれます。', 'type': 'unstyled', 'depth': 0, 'inlineStyleRanges': [], 'entityRanges': [], 'data': {}}], 'entityMap': {}}}, {'key': '5lqmg', 'term': 'クラウド接続', 'description': {'blocks': [{'key': 'aib4n', 'text': 'クラウド接続とは、インターネットを通じて遠隔から量子コンピュータや量子デバイスを操作し、計算を実行するための技術を指します。ユーザーは装置の前に立つ必要がなく、クラウド上のインターフェースから量子プログラムを送信するだけで、実機の量子ビットに対する操作や測定を行うことができます。本研究では、OQTOPUS というソフトウェア基盤を用いて、イオンの監視、自動ロード、量子ゲート実行までを一体化した遠隔実験環境を構築しました。これにより、世界中どこからでも実機の¹⁷¹Yb⁺イオンを使った量子操作が可能となり、研究・教育への応用が広がります。', 'type': 'unstyled', 'depth': 0, 'inlineStyleRanges': [], 'entityRanges': [], 'data': {}}], 'entityMap': {}}}, {'key': 'btnmk', 'term': '量子ゲート', 'description': {'blocks': [{'key': '7kuv9', 'text': '量子ゲートは、量子ビットに対して特定の操作を行い、量子状態を変化させるための基本的な演算要素です。古典コンピュータでの論理ゲート（AND、OR など）に相当しますが、量子ゲートは量子力学の原理に基づき、重ね合わせ状態の回転や、複数量子ビット間の量子もつれ生成といった操作を実行できます。代表的なものに、単一量子ビットを回転させる単一量子ビットゲートや、二量子ビット間の相互作用を利用する二量子ビットゲート（CNOT ゲートなど）があります。本研究では、クラウド越しに単一量子ビットゲートを実行し、遠隔環境で量子状態操作が可能であることを実証しました。', 'type': 'unstyled', 'depth': 0, 'inlineStyleRanges': [], 'entityRanges': [], 'data': {}}], 'entityMap': {}}}, {'key': 'c0gft', 'term': '量子コンピュータ', 'description': {'blocks': [{'key': '5u3k1', 'text': '量子力学の原理に従って動作する量子ビットを情報の最小単位として計算を行うコンピュータ。従来のコンピュータにはない量子重ね合わせや量子もつれを利用することで、分子中の電子状態などの量子的な振る舞いを効率的にシミュレーションすることや機械学習、素因数分解など、さまざまな問題を高速で解けると期待されています。 ', 'type': 'unstyled', 'depth': 0, 'inlineStyleRanges': [], 'entityRanges': [], 'data': {}}, {'key': 'cn8th', 'text': '参考：', 'type': 'unstyled', 'depth': 0, 'inlineStyleRanges': [], 'entityRanges': [], 'data': {}}, {'key': '3v31b', 'text': '◆大阪大学\u3000究みのStoryZ「量子コンピュータの実用化は2030年？」', 'type': 'unstyled', 'depth': 0, 'inlineStyleRanges': [], 'entityRanges': [], 'data': {}}, {'key': 'd5htk', 'text': 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'ゲート忠実度とは、量子ゲート（量子ビットに対する操作）が理論的に理想とされる動作にどれだけ近いかを示す指標です。量子コンピュータでは、量子ビットの回転操作や複数ビット間の相互作用操作を多数回実行するため、各ゲートの精度が低いと誤差が累積し、正しい計算結果が得られません。忠実度は 0〜1 の間で表され、1 に近いほど理想的な操作ができていることになります。イオントラップ方式の量子ビットは高いゲート忠実度を達成しやすいため、大規模な量子計算に向けた有望な候補の一つとなっています。', 'type': 'unstyled', 'depth': 0, 'inlineStyleRanges': [], 'entityRanges': [], 'data': {}}], 'entityMap': {}}}, {'key': 'baaf0', 'term': 'ラマン遷移', 'description': {'blocks': [{'key': '2irct', 'text': 'ラマン遷移とは、2本のレーザー光を用いてイオンの内部状態を間接的に変化させる手法です。直接遷移できない量子状態間でもレーザーの組み合わせによって遷移を誘起できるため、量子ゲート操作に広く用いられます。本研究では、ピコ秒パルスレーザーに位相ロック技術を施し、安定したラマン遷移操作を実現しました。', 'type': 'unstyled', 'depth': 0, 'inlineStyleRanges': [], 'entityRanges': [], 'data': {}}], 'entityMap': {}}}, {'key': '1nfj1', 'term': 'OQTOPUS', 'description': {'blocks': [{'key': '229rl', 'text': 'Open Quantum Toolchain for Operators and Users。OQTOPUS は、量子計算のためのオープンソースソフトウェア基盤で、ユーザーの量子プログラムをクラウド上で管理し、量子デバイスに適した制御信号へと変換して送信する役割を持ちます。これにより、ユーザーは装置を直接操作することなく、遠隔から量子コンピュータを利用できます。本研究では、イオントラップ量子ビット系に対応する専用プラグインを開発し、クラウド越しに量子ゲートを実行する仕組みを構築しました。', 'type': 'unstyled', 'depth': 0, 'inlineStyleRanges': [], 'entityRanges': [], 'data': {}}], 'entityMap': {}}}, {'key': '7skit', 'term': '量子アルゴリズム', 'description': {'blocks': [{'key': 'dlc52', 'text': '従来のコンピュータにおいてアルゴリズムとは、ある計算を実行するために必要な手続きや操作の列を指します。量子アルゴリズムは、量子コンピュータに特化して設計されたアルゴリズムのことを指します。量子ビットを次々に別の状態に変えたり、他の量子ビットと相互作用させる一連の流れで表されます。', 'type': 'unstyled', 'depth': 0, 'inlineStyleRanges': [], 'entityRanges': [], 'data': {}}], 'entityMap': {}}}]}

['qiqb']

['宮西 孝一郎', '豊田健二']

イオントラップ量子ビットをクラウド経由で安定に動作させるには、装置からソフトウェアまで多岐にわたる技術の統合が必要でした。今回の成果は、研究グループ全員が取り組んできた積み重ねの結果です。今後も先進的な量子コンピューティングシステムの実現にむけて、さらなる研究開発に取り組んでいきたいと思います。

豊田 健二

教授

量子情報・量子生命研究センター

https://rd.iai.osaka-u.ac.jp/ja/af5fe06e86723c72.html