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イオントラップ量子技術は浮揚した原子イオンを電磁場により操作する技術です。イオントラップ量子技術の未来の姿として、小さなイオントラップ量子コンピュータを量子光によって多数個つないだ分散型のアーキテクチャが有望視されています。これを実現するために、イオントラップ量子ノード、イオン―光インターフェース、そして量子光接続システムの三つのレイヤーそれぞれにおいて大きな課題を解決する必要があります。

イオントラップ量子技術にはレーザーによる量子操作が欠かせません。必然的にミラーやレンズなどを堅牢な部品に固定して、頑丈なテーブル上にずらりと並べた光学系を多数構築することになりますが、このセットを多数個、例えば1万個用意するのは現実的ではありません。これをチップ上に量産できる形で実装する試みが光回路一体型イオントラップです。「電気／光ケーブルを挿せばだれでも使えるイオントラップ」を実現することが本グループの目標の一つです。

もう少し具体的にはイオントラップに用いる可視光域で透明な物質（窒化シリコン（SiN）など）を利用したフォトニクスで、スケーラブルかつ多機能な光回路チップをイオントラップに集積する必要があります。本グループではイオントラップ量子技術の大規模化を見据え、上記のような光回路チップをスケーラブルな形で開発し実証することを目標にしています。

光子に量子情報を託して量子状態のやり取りをする、あるいは量子状態どうしを干渉させるなどして遠隔地での量子情報処理をおこなうのが量子ネットワークの考え方であり、その応用はイオントラップ量子技術においては避けられない分散型の量子計算や量子センシング、量子通信まで多岐にわたります。そして幸いにイオンは光学遷移を持つため、光子とイオンの量子もつれ状態の生成を利用して遠隔地での量子もつれ状態生成の格好のツールになります。これはまだまだ原理実証の段階にありますが、イオントラップ量子技術はそういった実証実験のの主たる舞台の一つでした。

特に本グループでは光回路一体型イオントラップの技術を実装していく前提で、光子の取得を現状最もうまくいっている顕微光学系によって行いつつ、他の研究グループとの連携のもとイオントラップ量子ノードを利用した量子ネットワーク実証実験を進めていきます。