デューク量子センターとIonQの研究者らは、個別に捕捉された原子イオンを用いて、3ノード量子ネットワーク全体にわたるGreenberger–Horne–Zeilinger (GHZ)状態の分散生成を実証した。実験構成は、約2メートル間隔で空間的に分離された3つのハードウェアモジュールからなり、3メートルの単一モード光ファイバーによって中央の自由空間GHZ状態生成器に接続されている。このネットワーク設定は、局所的な2量子ビットゲートや後選択プロトコルを必要とせずに遠隔三者間もつれを達成し、0.095(5) s−1のもつれ生成レートで0.841(17)から0.881(17)の範囲に制限された原子状態忠実度を確立した。
各ハードウェアノードは、4本のロッドからなるポールトラップ内に閉じ込められた単一の138Ba+(バリウム)イオン量子ビットを隔離している。4.2446(2) Gの静磁場が基底状態の縮退を解き、ω0=2π×11.8964(5) MHzの分裂周波数を持つゼーマン量子ビットレベル∣↓⟩と∣↑⟩を定義している。3ピコ秒のレーザーパルスがイオンを同時に励起し、493 nmでの自発放出シーケンスを誘発して、平均忠実度0.983(1)のもつれたイオン-光子状態を生成する。放出された単一光子はファイバーネットワークを通って中央生成器に到達し、そこで波長板アレイが偏光を共有の水平/垂直基底に整列させた後、偏光ビームスプリッターで対ごとに干渉する。6つのアバランシェフォトダイオードにわたる三重同時検出が光子の「経路」情報を消去し、標的となる原子メモリのもつれ状態を予告する。
システムの動作制約の分析により、状態の不忠実性の主な原因は偏光混合(0.037)と空間モードミスマッチ(<0.03)に起因することが示された。50ナノ秒の予告ウィンドウにわたる光子反跳によって誘起される運動デコヒーレンスは追加の不忠実性0.03をもたらし、状態準備と測定(SPAM)構成は0.015の誤差率をもたらした。3つの個別ノードの正味エンドツーエンド単一光子収集効率(pi)は0.0074から0.0145の範囲であった。これらの効率限界は、ファイバー結合のドリフトと、反復的な1マイクロ秒もつれサイクル中に蓄積される反跳加熱によって決定され、現在は定期的なドップラー冷却のための中断を必要としている。
3ノードネットワークは、3.203(45)のMerminパラメータを測定することで量子非局所性の決定論的検証を実行するために利用され、古典的局所隠れ変数の上限値≤2を27標準偏差で破った。量子ビット状態は、1762 nmレーザーπパルスを駆動して∣↓⟩状態の集団を標的2D5/2多重項に棚上げし、その後493 nmと650 nmの照明の組み合わせの下で蛍光イメージングを行うことで分析された。捕捉された原子イオンは高い状態読み出し効率(>99.7%)を示すため、この実験は検出抜け穴を塞いだ。これは、純粋に光子的またはアンサンブルベースの媒体ではなく、遠隔で個別にアドレス可能な原子メモリを使用した多ノードMermin不等式違反の検証を表している。
完全に分散された三者間もつれの実現は、モジュール式量子コンピューティングシステムの工学的経路を概説している。単一のモノリシック真空チャンバー内で処理能力を拡張しようとするのではなく、このインフラストラクチャモデルは、光子相互接続を通じて異なる局所的な量子処理ノードを接続し、計算ワークロードを分散する。これらの分散状態のイベント対応生成は、相互接続された原子ノードを使用する多者間暗号プロトコル、安全な量子秘密分散、および分散量子センシングネットワークの基盤フレームワークを確立する。
多ノードネットワークアーキテクチャと統計的導出の詳細を記した完全な技術論文が参照可能である。モジュール式のファイバーリンク量子コンピューティングネットワークへのアーキテクチャ移行に関する幹部の見解は、戦略的展望の概要を通じて追跡できる。
2026年6月20日
