常温量子コンピュータ実現はダイヤの輝きが鍵

ダイヤモンドの輝きは古来から人を魅了し続けていますが、あの輝きには本当に不思議な力があります。人(特に女性)を魅了する魔力があるだけではなく、量子計算の世界でも多くの研究者を魅了しています。ダイヤモンドが将来的に汎用大規模室温量子コンピューターを可能にするかもしれないからです。ダイヤのポテンシャルは値段並に相当高いと言えます。

超伝導キュービットは液体ヘリウムや液体窒素による冷却が必要なので、量子コンピュータには不向きと言っている研究者もいるので、今後の主流にはならないだろうし、やはり室温で扱える量子コンピュータの開発に専念すべきなような気がします。

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常温量子コンピュータ

Diamonds and quantum information processing on the nano scale

A City College of New York led-team headed by physicist Dr. Carlos Meriles has successfully demonstrated charge transport between Nitrogen-Vacancy color centers in diamond. The team developed a novel multi-color scanning microscopy technique to visualize the charge transport. The breakthrough experiment could potentially lead to room-temperature quantum information processing in diamond and optical data storage in three dimensions.

「Carlos Meriles博士が陣頭指揮を執る、ニューヨーク市立大学シティカレッジ率いるチームが、ダイヤモンド中の窒素空洞色中心の間を行き来する電荷輸送を実証しました。チームは電荷輸送を視覚化するために、今までにない新しい多色走査顕微鏡技術を開発しました。その画期的な実験は、ダイヤモンド中で、室温量子情報処理と3次元での光データ記憶をもたらす可能性を秘めています。」

ダイヤモンドが室温量子コンピュータの未来を切り開く可能性を持っているようです。

窒素空孔中心

The nitrogen-vacancy (NV) center is an optically active defect in diamond comprising a nitrogen atom and an adjacent vacancy, replacing carbon atoms in the diamond lattice. This defect has electrons that are capable of storing quantum information. To utilize this special property for quantum computation, it is required to create a network of interacting NV centers. The research so far has focused on using photons emitted by the NV centers to create this interaction under a special low temperature environment.

「窒素空孔中心は、窒素原子と、ダイヤモンド格子中の炭素原子に替わって隣接する空孔から成るダイヤモンド中の光学活性欠陥です。この欠陥は量子情報を保存する能力がある電子を有しています。この特異的性質を量子計算に利用するためには、窒素空孔中心が相互に作用するネットワークを構築する必要があります。これまでの研究では、極低温環境下でこの相互作用を作り出すために、窒素空孔中心によって放出された光子を使うことに集中してました。」

今までは液体ヘリウム等を使った超低温下で実験が行われていたようです。もし、常温で動作するキュービットが作り出されれば、将来的に(何十年先かは分かりませんが)、個人でも量子コンピュータが研究できる環境が整う可能性さえあるのではないでしょうか。

トラップ電荷

…envisioning an electron-transport-based interaction that is realizable in ambient conditions. In one of the key experiments reported a focused green laser beam was used to remove the electrons from the NV centers, which later diffused radially in the diamond. A red laser scan was used to image NV centers that trapped these diffused charges as far as 30 microns. The team exploited the difference in luminescence intensities of the NV centers with and without the electron to create a map of the trapped carriers.

「室温条件で実現可能な電子伝達系の相互作用を心に描いています。鍵となる実験の1つの中で、窒素欠陥中心から電子を取り出すために集束グリーンレーザービームが使われ、そしてそれはその後ダイヤモンド中で放射状に発散した事を報告しています。レッドレーザースキャンが、30ミクロンの範囲でこれらの発散した電荷を閉じ込めている窒素空孔センタを映し出すために使われました。チームは、トラップされたキャリア(トラップ電荷)の分布図を作成するために、電子ありとなしの窒素空孔中心の発光強度の違いを巧みに利用しています。」

The article appearing in the journal Nature Communications also discusses in detail the complex interactions of the charge carriers with other defects in diamond, uncovered by this technique.

Nature Communications誌に載っている前出の論文は、このテクニックによって明らかになった、ダイヤモンド中の他の欠陥と電荷担体の複雑な相互作用も詳細に論じています。」

窒素空孔については何度か書いていますが、常温量子コンピュータを実現させるためにも、今後集中的に研究されるべき分野で、グラフェンにしてもカーボンナノチューブにしても、炭素がコンピュータ関連の技術の発展に大きなカギを握っている事だけは確かです。

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