量子物理学者たちは、XNUMX 月にノーベル委員会が 待望の Alain Aspect、John Clauser、Anton Zeilinger の先駆者としての物理学賞 量子もつれの研究. しかし、コミュニティは確かにその栄光に安住していません.2022年には他にも多くのエキサイティングな開発が行われているため、いくつかのハイライトを選ぶのは困難です. それにもかかわらず、量子センシング、量子情報、量子コンピューティング、量子暗号、基礎量子科学の分野で際立った結果がいくつかあります。
量子力学では、非局在化の原理は、量子粒子が、ある手の波のような意味で、一度に複数の場所に存在できることを示しています。 一方、エンタングルメントの原理は、量子粒子が、距離が離れていても、ある粒子の状態が別の粒子の状態を決定することを可能にする接続を経験すると述べています。 XNUMX 月、米国コロラド州の JILA の物理学者は、エンタングルメントと非局在化の組み合わせを使用して、以前はいわゆる量子限界以下の加速度を感知することを不可能にしていたノイズを抑制しました。 この限界は、個々の粒子の量子ノイズによって設定され、長い間、量子センサーの精度を大きく制限してきました。 したがって、それを克服することは大きな前進です。
ネットワーク内のあるノードから別のノードに量子情報を送信するのは簡単ではありません。 光ファイバーに送られた光子で情報をエンコードすると、ファイバー内の損失により信号の忠実度が失われ、読み取れなくなります。 代わりに量子エンタングルメントを使用して情報を直接テレポートすると、残念ながら信号を劣化させる他のプロセスが導入されます。 オランダの QuTech の物理学者として、ネットワークに XNUMX 番目のノードを追加する 2021年にやった、タスクをより困難にするだけです。 そのため、QuTech の研究者が以前の成功に続き、中間ノード (ボブ) を介して送信者 (アリス) から受信者 (チャーリー) に量子情報をテレポートしたことは非常に印象的です。 Alice-Bob-Charlie 伝送の忠実度はわずか 71% でしたが、これは古典的な限界である 2/3 よりも高く、それを達成するには、研究者はいくつかの困難な実験を組み合わせて最適化する必要がありました。 Dave、Edna、Fred ノードは 2023 年にネットワークに参加しますか? 見てみましょう！
このリストの最初の XNUMX つのハイライトから明確でない場合のために説明すると、ノイズは量子科学における大きな問題です。 これは、センシングや通信だけでなくコンピューティングにも当てはまります。そのため、これらのノイズに起因するエラーを修正することが非常に重要です。 物理学者が作った いくつかの進歩 この分野では 2022 年に行われましたが、最も重要なものの XNUMX つは、オーストリアのインスブルック大学とドイツの RWTH アーヘン大学の研究者が初めてフォールト トレラントな量子操作の完全なセットを実証した XNUMX 月に訪れました。 彼らのイオントラップ量子コンピューターは、XNUMX つの物理量子ビットを使用して各論理量子ビットを作成し、加えて、システム内に危険なエラーが存在することを知らせる「フラグ」量子ビットを使用します。 重要なことに、システムのエラー修正バージョンは、修正されていない単純なものよりも優れたパフォーマンスを発揮し、この手法の可能性を示しています。
情報セキュリティは量子暗号の USP ですが、情報はチェーンの最も弱いリンクと同程度にしか安全ではありません。 量子鍵配送 (QKD) では、潜在的な弱点の 1.5 つは、鍵の送受信に使用されるデバイスであり、鍵自体は安全であるにもかかわらず、従来のハッキング (誰かがノードに侵入してシステムを改ざんするなど) に対して脆弱です。量子のもの。 代替手段の 95 つは、デバイスに依存しない QKD (DIQKD) を使用することです。これは、光子ペアのベルの不等式の測定を使用して、キー生成プロセスが偽造されていないことを確認します。 884 月、XNUMX つの独立した研究者グループが初めて実験的に DIQKD を実証しました。XNUMX つのケースでは、XNUMX 時間にわたって XNUMX 万の絡み合った Bell ペアを生成し、それらを使用して XNUMX ビット長の共有キーを生成しました。 実世界の暗号化ネットワークで DIQKD を実用的にするには、キー生成レートを高くする必要がありますが、原理の証明は驚くべきものです。
このハイライト リストの他のエンタングルされた粒子はすべて同一です。フォトンは他のフォトンとエンタングルされ、イオンは他のイオンとエンタングルされ、原子は他の原子とエンタングルされます。 しかし、この種の対称性を必要とする量子論は何もなく、新しいクラスの「ハイブリッド」量子技術は、実際には物事を混ぜ合わせることに依存しています。 が率いる研究者に入る アーミン・ファイスト ドイツの Max Planck Institute for Multidisciplinary Sciences は、リング状の光微小共振器と接線でリングを通過する高エネルギー電子ビームを使用して、電子と光子をもつれさせることができることを XNUMX 月に示しました。 この技術には、「ヘラルディング」と呼ばれる量子プロセスへの応用があり、絡み合ったペアの一方の粒子を検出すると、もう一方の粒子が量子回路で使用できることが示されます。これは、今日の基本的な進歩が明日のイノベーションをどのように推進するかを示す好例です。
量子の奇妙さのグラブバッグ
最後に、従来どおり (私たちはそれを行いました) 2回、したがって、それは伝統です)、量子ハイライトのリストは、この分野で奇妙で気が遠くなるようなものすべてにうなずくことなく完全ではありません. それでは、量子プロセッサを使用して米国の研究者に聞いてみましょう 時空のワームホールを通る情報のテレポーテーションをシミュレートする; 厳しい数字を出したイタリアとフランスのグループ 識別不能な光子の識別不能性; 古典的な因果関係の量子違反を使用した国際チーム 因果関係の性質をよりよく理解する; そして、イギリスのエジンバラ大学の勇敢な物理学者のペアは、量子信号が良い方法であることを示しました。 接触を確立するための技術的に高度なエイリアン 星間距離を越えて。 量子を奇妙にしてくれてありがとう！
