オックスフォード大学、多種原子ネットワークのもつれを実証し、メモリ保存を10秒以上に延長

2026年10月16日・2分

Physical Review Lettersに掲載された研究において、オックスフォード大学の物理学者らは、2種類の異なる原子元素（ストロンチウム（88Sr+）とカルシウム（43Ca+））を用いて、分離された trapped-ion モジュール間で多粒子もつれ状態を生成するヘテロジニアス量子ネットワークを実証した。

論文（「Multipartite Mixed-Species Entanglement over a Quantum Network」、Phys. Rev. Lett. 137, 160801）に詳述されている通り、研究チームは巨視的距離にわたって最大4量子ビットの Greenberger-Horne-Zeilinger (GHZ) 状態を生成し、分布もつれをカルシウムメモリ量子ビットに10秒以上保存することに成功した。これは、もつれの寿命を生成時間と比較して100倍以上延長するものである。

[混合種リモートもつれ状態の概要（オックスフォードネットワーク）]
もつれ状態 / ターゲット	構成量子ビット（Alice – Bob）	状態フィデリティ（完全トモグラフィ）	生成・保存性能
• Sr+ – Sr+ ベル状態	• 88Sr+ – 88Sr+	• 96.94 ± 0.09%	• 成功確率1.24% / 正味生成レート39.3 Hz。
• Ca+ – Ca+ リモートベル状態	• 43Ca+ – 43Ca+	• 93.10 ± 0.70%	• エラー検出型iSWAP量子状態転送。
• 3量子ビットGHZ状態	• (88Sr+, 43Ca+) – 88Sr+	• 93.10 ± 0.70%	• 局所混合種CNOTもつれ生成。
• 4量子ビットGHZ状態	• (88Sr+, 43Ca+) – (88Sr+, 43Ca+)	• 91.90 ± 0.80%	• モジュール間での4粒子分布GHZ状態。
• 保存されたCa+ – Ca+状態	• 43Ca+ – 43Ca+（10秒保存後）	• 69.00 ± 4.00%	• 指数減衰時定数 τ = 14 ± 4秒。

イオントラップ量子ネットワークにおいて、フォトニック結合と量子保存の両方に単一の原子種を用いるとトレードオフが生じる。ネットワーク化に必要なレーザーパルスと光子放出は、近傍のメモリ量子ビットにデコヒーレンスと共鳴光散乱を誘起するためである。オックスフォードのチームは、各ノードの微細加工された表面電極パウルトラップに、1つの88Sr+イオン（光ネットワークインターフェース）と1つの43Ca+イオン（超微細基底メモリ量子ビット）を同時に捕捉することでこの問題を解決した。ストロンチウムイオンから自発放出された422 nmの光子が中央のヘラルディング局で干渉し、遠隔の物質-物質もつれを生成する。その後、局所的な402 nmラマンレーザーパルスが幾何学的位相ゲートとエラー検出型iSWAP操作を駆動し、もつれ状態をカルシウムメモリ量子ビットに転送する。

43Ca+の基底超微細マニフォールドは0.5 mTで一次の磁場非感受性を持つため（ストロンチウムより約2桁低い感度）、カルシウムメモリ量子ビットは遠隔もつれを10秒以上（τ = 14 ± 4秒）保存することができた。これは平均もつれ生成時間（約100 ms）を2桁上回り、分散量子コンピューティングおよび量子センシングネットワークにとっての主要な障壁を克服するものである。

Physical Review Letters の研究論文はこちらで、オックスフォード大学物理学部ポータルでの機関発表はこちらでご覧いただけます。

2026年10月17日

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