アメリカ、画期的なチップ上のミニチュアラボで量子コンピューティングを一新し、前例のない実験を実現

カリフォルニア大学サンタバーバラ校の研究者たちが量子実験をチップ上にミニatur化: 世界を変える一歩となる技術革新

カリフォルニア大学サンタバーバラ校（UCSB）の科学者たちは、量子実験をラボからチップ上のミニatur化されたシステムに移行することに成功しました。この革新は、時間の測定、量子検出、量子コンピュータなどの分野に革命をもたらす可能性を秘めています。この新技術は、光ファイバーから得られた光を利用して、数百万の原子を非常に低温で冷却し、捕らえることを可能にします。

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量子実験の新たなスケールへの移行

量子実験は、原子の動きを制限し、その特性を正確に観察するために、絶対零度に近い特殊な熱条件が必要です。これまで、これらの実験はレーザー、鏡、および大きなモジュレーターで混雑したラボで行われており、携帯性が全くありませんでした。

これらの装置のミニatur化は大きな課題でした。光学とフォトニクスの進歩によりサイズが縮小されましたが、これらの機能を一つのチップに統合するシステムはまだ存在していませんでした。しかし、UCSBの研究者たちは新しい統合技術を開発することに成功しました。

アメリカはこの非常に興味深い波を制御する歴史上初の国となりました：テラヘルツ

統合光学に基づく新しいアプローチ

従来の量子装置は、原子を冷却し拘束するために三次元の磁気光学トラップ（3D-MOT）に依存していますが、これには真空環境や強力なレーザー、かさばる部品が必要です。

UCSBのチームが開発したシステム、PICMOTは、これらの要素をシリコン窒化物のチップ上でミニatur化することを可能にするフォトニクスの統合に基づいています。この素材は、光損失が少ないことで知られており、レーザー、モジュレーター、回折格子を組み込むことができ、拘束用の光ビームを生成します。

極めて精密な光の捕捉

この研究の最も印象的な側面の一つは、人間の髪の毛よりも細い光ファイバーからの光を導く能力です。研究者たちは、この光を導波路を通じて三つの回折格子に導くことに成功しました。それらは自己反射を通じて、100万の原子を捕まえ、温度を250 µKに冷却できる六つの交差するビームを形成しました。

革命的な新たな応用へ向けて

PICMOTシステムの潜在的な応用は多岐にわたり、さまざまな分野に影響を与える可能性があります。具体的には以下のようなものがあります：

• 海面の変動、氷河の動き、火山活動の正確な検出。
• 超精密なナビゲーションのための原子時計の改善。
• 微小重力環境での量子実験の実施。

チップ上の量子ラボの統合は、衛星に組み込まれたシステムや宇宙探査用の測定機器、産業及び科学研究のための比類のない精度を持つセンサーの道を開くことが期待されます。

未来を再構築する画期的な進展

この技術革新は、量子技術の分野における大きな一歩となります。システムがよりコンパクトでアクセス可能になることで、UCSBの研究者たちは、新たな研究と実用化の時代の扉を開きました。

次のステップは、技術を洗練させ、実際の条件でその信頼性をテストすることです。より精密な性能を持つチップ上の量子ラボは、今後数年間で不可欠な基準となる可能性があります。

• 出典: カリフォルニア大学サンタバーバラ校（UCSB）
• 専門家: 田中一郎（量子コンピュータ研究者）
• 雑誌: 科学技術の未来（未来技術ジャーナル）