현재 주류의 양자 컴퓨터의 실현 방식은 게이트 방식이라 불리며, 세계 각국에서 개발이 진행되고 있지만, 양자 비트 사이를 배선한 후에 양자 조작(게이트)을 걸어가는 이 방식에서는 양자 비트 의 수가 증가하면 그만큼 배선이 복잡해져 가게 되어 대규모화에 기술적인 한계에 도달하고 있다.

　한편, 본 연구자들은 게이트 방식과는 다른 단방향 양자 계산 방식에 주목했다.이 방식에서는, 처음에 다수의 양자 비트를 양자 얽힘 상태로 해 두고 (클러스터 상태), 행하고 싶은 양자 계산에 따라 개별 양자 비트를 측정함으로써 양자 계산을 행한다.즉, 모든 양자 계산의 패턴을 겹친, 양자 비트가 그물 모양으로 연결된 "2차원 클러스터 상태"를 준비할 수 있으면, 후에는 비교적 간단한 각 양자 비트의 측정에 의해, 어떠한 양자 계산에서도 실행할 수 있지만, 그 실현에는 이르지 않았다고 한다.

　이 가운데 이번에 독자적인 시간 영역 다중 기술을 이용하여 2차원 클러스터 상태를 생성하는 데 성공했다.이 방법에서는 하나의 양자 광원에서 연속적으로 나온 빛을 시간적으로 구분하고 구분 한 하나의 빛의 펄스를 양자 비트로 취급함으로써 대규모 양자 얽힘을 소수의 광학 소자로 생성할 수 있다.이 시스템에서 생성된 2차원 클러스터 상태를 이용하여 효율적으로 계산을 수행하는 방법도 이론적으로 고안한 결과, 5입력·5 계산 단계의 양자 계산이 실현 가능하다는 것을 알았다. .게다가 원리적으로는 이 크기를 얼마든지 크게 할 수 있다고 한다.

　본 성과는 일방향 양자 계산이 제창된 이래 약 20년간 실현되지 않은 2차원 클러스터 상태의 생성을 이룬 것으로, 양자 컴퓨터 분야에 큰 변화를 가져올 것으로 기대된다.

논문 정보:【Science】Generation of time-domain-multiplexed 2-dimensional cluster state