量子コンピュータを用いて有用な計算を行うためには、誤り訂正された論理量子ビットおよびその間の演算を実現することが鍵となります。多準位を擁するイオンの振動モードは、論理量子ビット実現のための有力な候補です。誘導ラマン散乱を用いて、集団振動フォノンモード間ビームスプリッター相互作用を実現し、それによりフォノンモード間量子もつれを実現することは、論理量子ビット間演算実現のための重要なステップであると考えられます。このような複数モードに対する量子もつれ操作とスクイーズド状態を用いれば連続量クラスター状態を生成することが可能になります。さらにボソニック符号をイオンの振動状態として準備し、上記のビームスプリッター相互作用を活用すれば複数モードにまたがる符号状態のゲート操作が実装できます。

振動モードにおける状態生成および振動モード間ビームスプリッター相互作用において高い忠実度を得るためには、高い振動状態コヒーレンスを実現することが必要です。それに関連して、今回、単一イオン軸方向振動モードの運動コヒーレンス評価を行ったところ、運動ラムゼイ干渉フリンジの減衰時間として112±19 msという値が得られました（図3）。これは、他のグループが論文などに記載している値と比べても、顕著に長いコヒーレンス時間であるといえます。今後、このような軸方向振動モードに対する操作を複数イオンに拡張することで、複数振動モードに対するコヒーレントな操作を実現し、誤り訂正状態の生成およびゲート操作にむけて研究開発を進めていきたいと考えています。