量子メモリ

概要

量子情報を担う光子の状態を、物質系（希土類イオンを添加した結晶、原子集団、単一の原子やスピン欠陥など）に転写して保持し、後から光子として読み出す素子である。量子ネットワークでは、送信と測定の時刻を分離する役割を果たす。

技術的な要点

評価軸は保持時間、忠実度、読み出し効率、そして同時に保持できるモード数である。原子集団を用いる方式は多数の時間モードを蓄えられる多重化に優れ、希土類イオン系では帯域と蓄積効率、時間モード数の間にトレードオフが生じにくいと報告されている。一方、個別に捕捉した原子にもとづく方式は確定的な量子ゲート操作に向くが、大規模な多重化は現行技術では難しいとされる。読み出し効率はコヒーレンス時間に対して指数的に減衰し、光ファイバとの結合効率も系全体の性能を制約する。

産業での位置づけ

量子中継器の中核部品であり、再現性と信頼性を備えた素子を量産できるかが、実回線への敷設可否を左右する。通信波長帯への波長変換素子と組み合わせて用いられる。

実装方式ごとに動作温度や必要な光学系が異なり、冷凍機やレーザ系を含めた装置全体の小型化と安定運用が実用化の条件となる。

また、蓄えた状態を通信波長帯の光子として送り出すため、波長変換素子と組み合わせて用いられることが多い。