２０１２年ノーベル物理学賞とナノテクノロジー

今年のノーベル物理学賞はフランスのSerge HarocheとアメリカのDavid J. Wineland両氏に授与されたが、彼らの研究はいずれもナノテクノロジーの目指す究極のコンピュータ、量子コンピューターの根幹となり得るものである。

現在使われているコンピューターのメモリは１ビット当たり0または1を識別出来るのにすぎない。量子コンピューターでは量子状態をメモリに用い、量子ビットと呼ばれている。0または1がが識出来る二つの量子状態が相互作用すると、絡み合いという現象の結果４この状態を識別出来る。このように１量子ビットでさらに数多くの情報を記憶することが可能となり、コンピューターの性能の格段の進歩が期待されている。

量子ビットとしてある状態の原子を用いることが出来る。しかし絡み合いによって生じる状態のエネルギー差は非常に小さいので、原子に記憶させた情報をそのまま読み取るには工夫が必要である。Wineland氏が開発した手法はレーザー冷却(laser cooling)と呼ばれる手法である。原子をレーザー光によって励起するがその時原子は光から圧力を受ける。レーザー光のエネルギーを励起に必要なエネルギーより少し小さくしておくと、ドップラー効果の作用によりレーザー光ビームの外側に動く原子がより強い圧力を受け、それによってレーザー光ビームの中心に引き寄せられる。その結果、原子の運動エネルギーがほとんど０になり情報が乱れることがない。

Haroche氏の手法は、原子ビームを磁界を加えた容器の中を通し、その際電磁波を加えて原子を所定の量子ビット状態にし、この状態を速やかに検出するという手法である。

このほかにも固体の中に混入した原子を量子ビットに用いようとする試みもある(3/1,10参照)。