大規模な実用量子コンピューターを実現する高速単一フォトン源

フォトンを量子ビットとするフォトニック量子コンピューターは、非常に長いコヒーレント時間を有し、大規模な実用量子コンピューターを実現する有望なアプローチです。 量子もつれのフォトン対による多次元クラスターステートは、大規模な測定ベース量子コンピューティング (MBQC) を実現します。

これを実現するには、単一フォトンを生成するフォトン源が不可欠です。特に、電流駆動でオンデマンドに識別不可能なフォトンを高速に生成することが求められます。 これらすべての特性を同時に実現するために、量子ドットを有する高Q値の共振器に共鳴トンネル注入、偏波制御を組み込んだ量子ドット垂直微小共振器を研究しています。 生成したフォトンを光ファイバーへ高効率に結合するメタレンズも研究しています。多次元クラスターステートを実現するために、 高速単一フォトン源を用いた高速ベル状態生成を研究しています。

イオントラップ型量子コンピュータへ向けたフォトニックナノデバイス

外界とは隔絶された環境に少数のイオンを捕捉するイオントラップは理想的な量子系の一つに数えられ、量子コンピュータを実現する有力な候補です。 近年では同系の小型化/大規模化を目指してイオンの操作に必要な光機能を集積光回路に組み込む検討が進んでいます。 一方で、量子計算へ応用するためには、イオンへ照射する光の空間分布や偏光状態の制御といった高度な光機能を、集積光回路としては挑戦的な波長帯である可視～近紫外帯域で行う実現する必要があります。 我々はトポロジカルフォトニクス等最新のナノフォトニック技術を駆使し、高度な量子操作が可能な集積光素子/回路の実現を目指します。

ダイナミクスAIを実現するアクティブ・フォトニック共振器

ソフトウェア化が進む自動車やドローンなどや、データネットワークやエネルギーなどの大規模なインフラにおいて、 データの動的挙動（ダイナミクス）を分析し異常やセキュリティなどのリスクを素早く検知することが不可欠です。 リザバーコンピューティングは、データのダイナミクスを少量のデータでリアルタイムに学習、分析し、リスクを素早く予測します。 リザバーを物理系で実現しCPUが重み付を実行する物理リザバーコンピューティングは、物理系が有する特性を活かし、 CPUのアクセラレータとなるAIハードウェアを実現します。

フォトニクスを物理系とするフォトニック・リザバーコンピューティングは、高速でエネルギー効率の高いデータ分析を可能にします。 連続媒質型の物理リザバーは、拡張性と汎用性のあるリザバーコンピューティングを実現します。 CPUのアクセラレータとしてダイナミクスAIを実現する連続媒質型のフォトニックリザバーとして、 高Q値の2次元フォトニック共振器と量子井戸からなる活性層を組み込んだアクティブ・フォトニック共振器を研究しています。