QuTech（デルフト工科大学とオランダ応用科学研究機構TNOの共同研究所）の研究チームが、ダイヤモンドベースの量子エミッタとナノスケール光共振器内に閉じ込められた光子を結びつける、高効率でコヒーレントな光-物質界面の実証に成功した。学術誌Physical Review X（PRX）に掲載され、主任研究者ロナルド・ハンソン教授が監修したこのハードウェアにおける重要成果は、量子情報インフラにおける長年のボトルネックを解決するものである。そのボトルネックとは、静止した固体物質量子ビットと飛行する光子量子ビットとの間で、信頼性が高くノイズの少ない接続を実現することであった。長距離量子インターネットノード間のリモート量子もつれ分配を加速するだけでなく、このスケーラブルなナノフォトニクスアーキテクチャは、QuTechが富士通と進めているモジュール型量子コンピューティング共同研究において、局所的な量子ビットクラスタを相互接続するための基盤となる設計図を提供する。
この物理アーキテクチャは、スズ空孔（SnV）カラーセンターの構造特性を活用している。これは、規則的なダイヤモンド炭素格子内の空孔サイトの隣に重いスズ原子を埋め込むことで形成される、人工的な点欠陥である。光学的相互作用強度を最大化するため、研究チームは周期的なブラッグミラー配列を特徴とするマイクロスケールのダイヤモンドフォトニック結晶共振器を製作し、原子欠陥が局在している場所で光場を正確に閉じ込めて集中させた。このプラットフォームをマルチノードネットワークに拡張する実現可能性を評価するため、研究者たちは2つの異なる半導体チップにわたって高スループットの実証スクリーニングを実施し、高い平均品質係数と均一な製造歩留まりを示す327個の機能的ナノフォトニックデバイスを検証した。
光共振器を埋め込まれたSnVセンターと直接共鳴するように調整することで、ナノフォトニック構造は標的とする光学モードへの光子放出速度の大幅な増強を実現した。最高性能のデバイスでは、単一のSnV量子エミッタが光場をほぼ完全に制御し、共振器を通過する光の透過をほぼ完全に遮断する光学消光を達成した。重要なことに、透過光の構造線幅をマッピングすることで、研究チームはコヒーレント協力度が1を超える値を記録した。この閾値を超えたことは、ダイヤモンドナノ構造内のコヒーレントな量子相互作用が周囲の環境脱コヒーレンスノイズに対して優勢であることを証明し、高忠実度の量子状態転送、安全なブラインド量子コンピューティングアクセス、自動ネットワークトラフィック負荷分散を可能にする。
完全なナノフォトニクス仕様、線幅測定、およびスケーラブルな製造指標は、QuTechの公式ニュースルームレポートおよびPhysical Review Xの完全な研究論文で確認できる。
2026年6月29日
