[論文レビュー] Quantum Technology: The Second Quantum Revolution

Jonathan P. Dowling, G. J. Milburn|ArXiv.org|Jun 13, 2002

Quantum Mechanics and Applications被引用数 5

ひとこと要約

この論文は、量子力学の実用的応用に基づく変革的技術の開発を駆動する「第二の量子革命」の概念を提唱する。量子情報処理、量子電磁機械的システム、およびコherentな物質技術を含む、量子技術の基盤的原則とツールを概説し、量子力学を自然の理論を超えて、次世代の計算、センシング、材料科学分野におけるイノベーションの基盤として位置づける。

ABSTRACT

We are currently in the midst of a second quantum revolution. The first quantum revolution gave us new rules that govern physical reality. The second quantum revolution will take these rules and use them to develop new technologies. In this review we discuss the principles upon which quantum technology is based and the tools required to develop it. We discuss a number of examples of research programs that could deliver quantum technologies in coming decades including; quantum information technology, quantum electromechanical systems, coherent quantum electronics, quantum optics and coherent matter technology.

研究の動機と目的

• 量子力学が基礎理論から応用技術へと移行する「第二の量子革命」のビジョンを提示すること。
• 今後数十年のうちに実用的量子技術を実現する可能性を秘めた主な研究分野を特定・分析すること。
• 確立された量子力学的原則に基づいた、量子技術開発の概念的・技術的枠組みを構築すること。
• 量子技術が複数の科学的・工学的分野において持つ変革的潜在能力を強調すること。
• 研究者や機関が異分野連携を通じて量子技術を前進させるためのロードマップを提供すること。

提案手法

• 本論文は概念的かつレビュー型の手法を採用し、量子物理学分野の既存知識と新興技術的応用を統合的に分析する。
• 重ね合わせ、もつれ、量子コherー二ョーの原則を、量子技術の基盤的促進要因として提示する。
• 量子情報処理、量子光学、コherentな量子エレクトロニクスといった具体的な技術的道筋を検討する。
• 量子システムと古典的制御・測定インfraストラクチャの統合を強調するフレームワークを提示する。
• 量子測定とフィードバックの役割が、コherー二ョーの維持と機能的な量子デバイスの実現にどのように寄与するかを議論する。
• スケーラブルな量子技術の実現可能性を示すために、具体的な例と理論的モデルを用いる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 量子力学の原則を、第一の量子革命を越えて新たな技術の創出に体系的かつ的確に応用する方法は何か？
• RQ2 近い将来から中長期にかけて、スケーラブルかつ実用的な量子デバイスを実現するための主要な技術的道筋は何か？
• RQ3 量子システムを技術的応用のために構築・制御するために必要な根本的ツールと実験的手法は何か？
• RQ4 マクロスケールのシステムにおいて、量子コherー二ョーともつれをどのように維持・活用できるか？
• RQ5 量子技術は原則的および実務的観点から、古典的技術とどのように異なるのか？また、どのような独自の利点を提供するのか？

主な発見

• 第二の量子革命は進行中であり、量子力学が基礎理論から破壊的技術の源へと移行している。
• 量子コンピューティングや量子通信を含む量子情報技術が、革新の先端分野として特定されている。
• コherentな量子エレクトロニクスと量子電磁機械的システムが、スケーラブルな量子デバイスの実現可能なプラットフォームとして浮上している。
• 量子光学およびコherentな物質技術（ボーズ＝アインシュタイン凝縮を含む）は、高精度センシングと計測分野における新たな道筋を提供している。
• 本論文は、量子コherー二ョーの維持と量子システムの制御が、技術的進歩の中心的課題であり、同時に主要な促進要因であると確立している。
• 著者らは、科学および産業分野における量子技術の潜在的実現に至るには、包括的かつ異分野連携による取り組みが不可欠であると結論づけている。