業界インサイト：フォトニクスと量子技術

2022年5月10日

業界インサイト：フォトニクスと量子技術　

Category: Product News

ここ数年、量子テクノロジーは、民間と公的機関の両者より大規模な投資を受けています。量子コンピュータの構想は、物理学者 Paul Benioff がチューリングマシンの量子力学モデルを提唱した 1980¹ 年以降からありましたが、IBM² や東芝³ などの企業がこの構想を実現するための主要技術を市場に投入したのは比較的最近になってからのことです。量子テクノロジーにおけるリーダーシップは、世界各国の政府にとって戦略的に重要であると考えられており、米国⁴、欧州^{5 6}、そして世界各国でのイニシアティブを通じて支援されています。

最近、私は Optica が主催する量子技術の現状と量子通信や量子コンピューティングにおける集積フォトニクスの役割に関するワークショップに参加する機会に恵まれました⁷。このワークショップは、SPIE Quantum West⁸ や Laser World of Photonics⁹ で開催された World of Quantum 展などのイベントで示されたように、量子技術が光学およびフォトニクス業界の主流になっていることを示すもう一つの例でした。Optica ワークショップで議論されたように、フォトニック集積回路（PIC）は、他の光アプリケーションの価値と同じ理由で、量子技術に大きな可能性をもたらします。PIC は、システムをより小型、軽量、低消費電力で開発できる一方、部品や組み立てコストを抑え、リソグラフィや他の半導体製造工程で用いられる標準製造方法を活用した結果、堅牢性と再現性を向上させることが可能です。量子通信・量子コンピューティングのための集積フォトニクスデバイスの現状¹⁰では、集積フォトニクスのもう一つの利点として、Xanadu の Zachary Vernon 氏が「多くの場合、極低温ではなく室温でシステムの大半を動作させることができる」と述べている。

Make Photonics Work 社の Mark Wippich 氏は、Optica ワークショップ¹¹の 2 日目の基調講演で、量子通信や量子コンピューティングに用いられる量子ネットワークをサポートするために必要なさまざまなコンポーネントの包括的な概要を発表しました。これらには、量子暗号通信（QKD）、量子メモリ、量子中継器、量子トランザクションが含まれる。QKD は今日、セキュアな量子暗号通信に利用することができ、これを用いて商用向けの量子暗号通信ネットワークの構築も進んでいる¹²。ワークショップの前半では、東芝の Andrew Shields 氏が、集積フォトニクスに基づく QKD の最初のプロトタイプの開発をレビューし¹³、Mark 氏と Andrew 氏の両名（イベントを通して他の発表者も）が、量子ネットワークの将来の開発においてPICが果たす役割を強調した。PIC を量子技術に用いるには、複雑なアーキテクチャが要求されるなど多くの課題があるが、フォトニクスを用いた量子ソリューションがもたらす大きな利点を考慮し、業界は今後もこの方向性を追求していくだろう。

集積フォトニクス以外にも、レーザーシステムは量子技術の開発において重要な役割を担っている^14,15。レーザーは主に量子システムの量子ビットの生成と制御に用いられるが、Optica ワークショップで Viasat 社の Hamid Hemmati 氏は、レーザーの別用途、すなわち長距離量子通信を可能にする宇宙開発向けの通信について興味深い講演を行っている。これは、量子技術のような先端技術の開発において、光学とフォトニクスがいかにユビキタスであるかを示すもう一つの例となる。光とフォトニクスがあれば、何でもできるのです。

著者