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固体中で非局所量子もつれを実証理化学研究所,大阪大学,東京大学

理化学研究所,大阪大学,東京大学らの研究グループは,超伝導体中の電子対,「クーパー対」を構成する2つのもつれた電子を2つの量子ドットへそれぞれ分離し,その後,別の超伝導体の中で再び結合させて検出することに成功したと発表した。これにより,空間的に離れた2個の電子の間に非局所性の量子もつれ(非局所量子もつれ)が存在することを確認した。

もつれた対状態にある2つの粒子は,空間的に離れていても,1つの粒子に対する測定が,瞬時に残りの粒子に影響する。この現象は量子状態の情報を長距離伝送する量子テレポーテーションの実験などで実証されている。こうした実験の鍵は,もつれた粒子対をどのように生成するかという点にあるが,これまで,固体の中の電子は乱れた環境にあり,もつれ電子対を1つだけ生成し,それを空間分離することが難しいため,非局所量子もつれを固体デバイス中で実現するのは困難だとされてきた。

今回,研究グループは,超伝導体中のクーパー対から1つのもつれ電子対を取り出し,電子対を構成する2つの電子を2つの量子ドットへそれぞれ分離する新しいナノデバイスを開発した。それにより,分離した電子を別の超伝導体中で再び結合したときに生じる超伝導電流を観測することで,空間的に離れた2個の電子スピンの間に非局所量子もつれが存在することを確認するのに成功した。

今回の研究の結果は電子もつれ対の発生器を実現したもので,この成果をさらに発展させ,量子計算や量子テレポーテーションによるチップ上の量子通信に必要な,“オンデマンド”非局所スピンもつれ電子対の発生器を実現することが期待される。

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