「量子中継ネットワーク、量子インターネットへ向けた挑戦」
はじめに超スマート社会（Society 5.0）はビッグデータを処理する超高速のコンピュータと大容量の通信を可能とするインターネットに支えられています。コンピュータは 1946 年の ENIAC、インターネットは 1969 年の ARPANET にそれぞれ端を発するとされます。50 年以上たった今、人類はさらに飛躍的に速い計算能力、絶対的に安全なインターネットへの進化を欲しています。その救世主となるのが量子コンピュータ、量子暗号通信、そしてこれらを統合した量子コンピュータネットワーク、いわゆる量子インターネットです。
量子コンピュータと量子暗号通信システムはそれぞれ独立して開発されているように見えますが、実はこれら二つのシステムは非常に密接な関係にあります。量子コンピュータにより現状の暗号通信の解読・盗聴が可能となります。一方で、量子暗号通信は絶対に盗聴を許さない無条件に安全な暗号通信を可能とします。ところが、現状の暗号通信は100km 程度の短距離でしか実現できません。これを可能とするのが量子中継ですが、これは実は小型の量子コンピュータそのものです。本節では、量子コンピュータを量子光接続して大規模化するための量子インターフェースの開発、またこれにより実現する量子コンピュータネットワークの開発、さらに量子コンピュータを長距離量子暗号通信システムと接続することで可能となる量子インターネットの実現に向けた活動について解説します（図 1）。

図 1 量子コンピュータを光で量子接続した分散量子計算と、これを量子中継器を介してユーザ、量子センサー、量子ストレージなどに量子接続した量子インターネットの概略。量子インターネットを介して、分散量子計算や量子暗号通信に加え、秘匿量子計算、クラウド量子計算、クラウド量子センシングなどが可能。

1.

量子コンピュータ

大規模量子コンピュータの実現には誤り耐性を有する万能量子ゲートが不可欠です。2019 年に Google によって量子超越性が一部実証されたとはいえ、その実用性はいまだ極めて限定的です。現状の量子ゲートの性能では 100 万量子ビットと非現実的な規模がないと実用的な計算ができませんが、1 ゲート当たりのエラー率を 3 桁減らすと物理量子ビット数を 3 桁減らせ、現実的な 1000 量子ビット規模で実用的な量子コンピュータが作れます。そこで我々は、高い誤り耐性を自然に備えた独自のホロノミック万能量子ゲートとそれを生かしたダイヤモンド量子コンピュータを開発しています[1-13]。ホロノミック量子ゲートとは、ベリー位相と呼ばれる実数の幾何学位相を量子演算が可能なように可換群（Abelian）から非可換群（Non-Abelian）に拡張したもので、ホロノミーと呼ぶテンソルの形をもつ物理量によって完全（万能）な量子演算を実現します[1,2]。量子ビットの論理空間と接続した演算空間における周回操作を行うことで、量子ビットの任意基底に任意位相を付与し、環境ノイズや制御エラーに対する高い耐性が得られます。ダイヤ
モンド中の NV 中心に備わる V 型あるいはΛ（ラムダ）型の縮退３準位を用い、レーザー光やマイクロ波の偏光という付加的な自由度を利用することで、量子系と制御場の相対的な周波数、位相、操作時間などの誤りに対する高い耐性と高速な操作を両立する非可換かつ非断熱（Non-adiabatic）なホロノミック万能量子計算の実証に成功しました。従来のホロノミック万能量子計算は幾何学位相のみを使うため、量子計算の基本となる量子フーリエ変換の際に非常に無1駄な時間を要しましたが、本手法では動的位相も加味することで最小の時間で実行できます。本手法はダイヤモンド量子コンピュータに限らず、超伝導量子コンピュータにも適用され、世界的に広まっています。完全ゼロ磁場での動作は、量子コンピュータの大規模化にも繋がります。また、一つの NV 中心にスター状に接続した多数の炭素同位体との量子もつれを操作する最適な量子制御波形の探索に、GRAPE 法や機械学習法も導入しています。量子的なランダマ
イズドベンチマーク試験の結果、99.9%以上の忠実度を完全ゼロ磁場で実証し、現在 99.99%を超えるゲート忠実度と1GHz を超えるゲート速度を両立する超高精度かつ超高速な万能量子コンピューティングに挑戦しています（図 2）。

図 2 量子コンピュータを構成する量子ビットの候補と性能指標。開発が先行する超電導量子ビットやイオン量子ビットなどに加え、ダイヤモンドの NV 中心は他の量子系に負けないゲート速度、ゲート忠実度、量子メモリ時間を有し、超伝導量子と光量子との量子接続も可能で、量子インターネットの構築に不可欠な量子インターフェースの最有力候補。

2.

量子ネットワーク、量子中継

量子通信は次世代の情報通信技術で、最初の応用例は量子暗号通信です。これは、一言でいえば「絶対に盗聴されない通信方式」。原子よりも小さな物理現象の最小単位である量子は、「観測される瞬間まで値が確定しない」という奇妙な性質を持ちます。これを暗号技術に応用することで、盗聴を必ず検知・遮断できる通信技術が可能になります。何十年も前から理論的には可能だとされてきた量子通信技術ですが、さまざまな周辺分野の発展や、軍事機密を始めとした重要な情報を狙うサイバーテロの巧妙化を背景に、この 10 年ほどで世界的にも研究が進んできています。量子暗号通信は東芝や NEC などにより事業化が進められているだけでなく、既に韓国の SK テレコムは 5G のネットサービスの一部に量子暗号技術を採用しています。ネットバンキングなどではワンタイムパッド暗号鍵を用いた共通鍵方式が一般的ですが、これは素因数分解の困難性に立脚した条件付きの安全性しか保障せず、量子コンピュータにより解読される脅威にさらされています。一方、量子暗号方式は光子（光を粒に例えたもの）を一つずつ送ることで可能な、量子力学という物理法則に立脚した無条件の絶対的な安全性を保障します。とはいえ、きわめて小さく不安定な量子を、いかに制御し、通信に応用するかは大きな課題です。量子の中では最も外乱に強い光子といえども、光ファイバーの伝送損失のために一つの光子を直接配送できる距離はせいぜい 100km 程度。既設光ファイバーの実環境では数 10km と短く、鍵分散などの古典的な手法と組み合わせる必要があります。100km 以上の大規模な量子ネットワークを実現するには、量子の特徴を維持したまま通信をつなぎ合わせる「量子中継器」が必要になります。アメリカや中国で開発中の量子通信も、中継部だけは従来の脆弱な古典中継技術のままです。絶対的な安全性を得るために量子通信を用いているのに、中継部が安全性の穴になっては意味がありません。
絶対安全性を維持し、真に量子的な距離延長やネットワーク状に分岐するためには、量子中継器と呼ぶ量子的なルーターやハブが必須です。量子中継器の実際は、長時間の量子メモリを多数実装した量子コンピュータです。量子中継の動作原理は量子テレポーテーションで、量子もつれ生成、完全ベル測定だけでなく量子誤り訂正機能を備えた高度な量子計算が要求されます。光子から量子メモリへの量子メディア変換も量子テレポーテーションを原理とします。量子中継には大きく分けて DLCZ 方式[14]、QuTech 方式[15]、YNU 方式[4-7]の 3 種類の方式があります（図 3）。原子集団などのアンサンブル量子系を用いる DLCZ 方式とダイヤモンド NV 中心などの単一量子系を用いる QuTech／YNU 方2式に大別されます。伝送レートの点では DLCZ 方式が、拡張性の点では QuTech／YNU 方式が有利です。QuTech 方式は単一光子干渉を用いる点では DLCZ 方式と同様で、伝送レートが比較的上げやすい反面、伝送レートが高くなると二光子確率が増えて忠実度が劣化し、伝送路全体の位相ロックが必要で長距離ネットワークの構築に高い技術が要求されます。これに対して YNU 方式は、単一量子系からの発光と吸収を用い、伝送路の位相ロックが不要で長距離ネットワークの構築が容易です。伝送レートを上げるために高い技術が要求されますが、伝送レートが上がっても高い忠実度が維持できます。これらの量子メモリ方式とは別に全光中継方式[16]がありますが、この方式では、量子メモリの代わりに多光子もつれを利用します。現状では多光子もつれ発生は技術的に大変困難で、DLCZ 方式と同様に伝送路の位相ロックが必要で光子損失に弱く、伝送レートと忠実度の妥協が必要です。しかしながら、高い伝送レートが要求される短距離量子通信では有効な技術と思われます。

図 3 量子中継の代表的な３方式。DLCZ 方式[14]は、ビームスプリッターと光子検出器を用いてもつれ生成およびもつれ測定を行う。もつれ生成に非線形結晶を用いる場合もある。個別に量子ゲート操作のできない原子集団を利用するため完全ベル測定が不可能で、拡張性がない。QuTech 方式[15]は、ビームスプリッターと光子検出器を用いてもつれ生成を行い、量子メモリでもつれ測定を行う。YNU 方式[4-7]は、発光と吸収でもつれ生成を行い、量子メモリでもつれ測定を行う。QuTech 方式と YNU 方式は量子ゲート操作が可能な単一量子メモリを利用するため完全ベル測定が可能で、拡張性がある。
我々は、ダイヤモンド NV 中心を用い、YNU 方式における要素機能の実証に成功しました（図 4）[1-13]。各機能は膨大な数の非可換非断熱ホロノミック万能量子ゲートで構成され、量子計算量にして 6 ビット✕数 100 ゲートと、NISQ(Noisy Intermediate Scale Quantum Computer)のレベルに達しています。このようなダイヤモンド量子中継器あるいは小型のダイヤモンド量子コンピュータとも呼べる技術により、量子計算における量子超越性と同様に、量子通信における量子超越性の世界初の達成に挑んでいます。量子計算の忠実度だけでなく、量子メモリと光子の結合効率の向上が今後の課題で、最先端のナノ加工技術による NV 中心を含んだダイヤモンドマイクロレンズ構造（ソリッドイマージョンレンズ）やフォトニック結晶共振器構造の作製に挑戦しています。
本研究は、本研究室が代表を務める総務省委託研究および CREST プロジェクトの連携で主に進めています。

3

図 4 YNU 量子中継方式（発光吸収方式）を構成する要素機能。ダイヤモンド NV 中心の電子（e）と近傍の炭素同位体（13C）を用いた例で説明。送信側では、①量子もつれ発光[5]により電子と光子の量子もつれを生成。受信側では、
電子と炭素の量子もつれをあらかじめ生成[6]し、②量子もつれ吸収[7]により光子の状態を炭素にテレポーテーション転写[3,4]する。電子と炭素の操作には、③万能量子ゲート[1,2]が必要となる。その後、二つの炭素間の量子もつれを④完全ベル測定[6]する。エラー耐性を持たせるために、⑤量子誤り訂正[10]が必要となる。

3.

量子インターネット

量子コンピュータを使うと、従来のコンピュータでは宇宙の終わりまで計算時間を要するような問題を一瞬で解けるようになりますが、さらに量子テレポーテーションを繰り返すことで、この量子コンピュータを量子通信でつないだ量子インターネットを構築できます。量子インターネットの実現により大量のデータを安全に送受信できるようになり、社会が大きく変わると考えられています。現状のインターネットは古典データを古典的な手段で通信していますが、通信手段だけを量子化するのが量子暗号通信です。これに対し、共有するデータそのものやアプリケーションまでも量子化したものが量子インターネットです（表 1）。これにより、インターネットが引き起こしたような当初は予測し得なかった破壊的な社会変革を及ぼすと言われています。
表 1 現状のインターネットと量子インターネットの比較[17]。現状のインターネットが通信手段もアプリケーションも古典なのに対し、量子暗号通信（鍵配送）は通信手段は量子を用いるがアプリケーションは古典。一方、量子インターネットは通信手段もアプリケーションも量子。

もちろんテレポーテーションは SF だけの話であり、実際にはあり得ません。しかしながら、人類は量子テレポーテーションと呼ぶ量子情報の瞬間移動には既に 1980 年代に成功しています。このテクノロジーを使って実現できるのが量子インターネットの心臓部である量子中継器であり、量子コンピュータと量子通信を接続する量子インターフェースです。量子インターネットは、技術的には量子コンピュータを量子ネットワークで量子的に接続した長距離のグローバ
ル量子コンピュータネットワークです（図 5）。我々は、ダイヤモンド NV 中心を用い、計算用量子（超伝導量子や半導体量子）と量子通信に用いられる通信用量子（光子）を量子的に接続する量子インターフェースの開発を行っています。

図 5 量子インターネットのイメージ[18]。量子インターネットは、量子コンピュータを量子中継器で量子もつれ接続することで実現する。長距離接続の場合には量子衛星に量子中継器を搭載する必要がある。
4量子インターフェースは量子ネットワークにおける量子中継器とは異なり、異種量子を相互に変換する量子メディア変換を多重に行う必要があります。まず、計算用量子から来るマイクロ波光子とネットワークから来る通信用光子の両方をダイヤモンド中の二つの量子メモリ（炭素同位体の核スピン）に量子メディア変換[3,4]します。次に、量子メモリ間の量子もつれを完全ベル測定[6]します。結果的に、量子スワップと呼ぶ原理で超伝導量子と通信用光子の双方向の量子メディア変換が完了します。この際に重要なのは、個々の変換効率は低くとも、変換に成功したイベントのみを抽出するヘラルド機能を有することで、完全な量子メディア変換が実現できます。量子メモリを増やすことで、量子誤り訂正も可能です。我々は、量子もつれ発光[5]、量子テレポーテーション転写[3,4]、万能量子もつれゲート[1,2]だけでなく、デカップリング動作[8,9]、ヘラルド機能[7]、完全ベル測定[6]、量子誤り訂正[10]の実証などに成功しており、高速化にも取り組んでいます[11]。また、量子コンピュータネットワークの構築に向け、超伝導量子と通信用光子間の量子メディア変換に挑んでいます[12]。超伝導量子が放出するマイクロ波光子は通信用光子に比べてエネルギー（あるいは周波数）が 5 桁小さく、NV 中心との結合効率が極めて低いのが課題です。光子の場を増強するフォトニッ
ク結晶共振器とともに、音（振動）を量子化した音子を介することで、効率を 5 桁向上させるフォノニック結晶共振器の作製にも挑んでいます（図 6）。また、光ファイバーの伝送損失が少ない赤外光からダイヤモンドが吸収する可視光に量子性を維持して波長変換する、同種量子間の量子メディア変換も同時に開発しています。
本研究は、本研究室が代表を務めるムーンショット研究開発事業および総務省委託研究の連携で進めています。

図 6 超電導量子ビットから通信用光子への量子インターフェースの構造概略[12]。遠隔地にある量子メモリ（NV 中心）間は通信用光子を介して量子もつれを形成する。量子メモリと超電導量子ビットは、マイクロ波光子、弾性波（音子あるいはフォノン）を介して量子もつれを形成する。その後、量子メモリにおいて完全ベル測定を行うことで、遠隔地にある超伝導量子ビット間に量子もつれが形成される。これを資源として分散量子計算や秘匿量子計算が行われる。

4.

量子ストレージ

インターネットの普及によりビッグデータや人工知能の発展は留まるところを知りませんが、その発展は大規模ストレージの開発に支えられています。次なる量子クラウドコンピューティングの到来に向け、量子インターネットの開発とともに量子ストレージの開発が望まれます。我々は、ダイヤモンド NV 中心を大規模に集積化し、各 NV 中心と弱く相互作用する炭素同位体の中性子に起因する核スピンを量子ストレージとする研究に世界に先駆けて着手しました。
当面の課題は、1µm 以下に近接した NV 中心への個別アクセスです。我々は、レーザー光による局所的な非可換非断熱ホロノミック万能光量子ゲートの開発に世界で初めて成功しました[2]。また、さらに高い精度での量子ゲート操作を目指し、局所性に優れたレーザー光と制御性に優れたマイクロ波を同時照射することで、高いコントラストと高い忠実度を同時に満たす光ランダムアクセス量子メモリ（量子 DRAM）の開発も行っています（図 7）。光を照射した NVだけに周波数のシフト（光シュタルクシフト）が起こり、この周波数に同調させたマイクロ波を照射することで、選択的なホロノミック万能量子ゲートを実現しました[13]。上述の量子テレポーテーション転写と組み合わせることで、量子ストレージとなる核スピンへの量子書き込みが可能となります。しかしながら、核スピンの最大量子ストレージ時間はエネルギー緩和時間（T1）の 10 分程度であり、DRAM などのリフレッシュ動作と同様に、量子状態を再生する技術が不可欠です。位相緩和時間（T2）はデカップリング技術で延長できても、エネルギー緩和時間を延長することはできません。エントロピーの増大分を補助量子に受け渡す量子誤り訂正を定期的に繰り返すことで T1 限界を超えられ5

るかもしれませんし、あるいは量子テレポーテーションの原理を応用した新たな量子リフレッシュ手法の開発が必要かもしれません。規模的には 1M ビットの量子ストレージ開発を目標としています。
本研究は、本研究室が代表を務める科学研究費基盤研究（S）で主に進めています。

図 7 光ランダムアクセス量子メモリ（量子 DRAM）の概念図。アレイ上に配置された NV 中心にレーザー光を照射し、選択的な万能量子ゲート制御を可能とした[13]。量子テレポーテーション転写と組み合わせることで、量子情報を核スピンに長時間記憶させる量子ストレージが可能となる。

5.

量子センサー

ダイヤモンド NV 中心は量子センサーとしても活躍が期待されています。本研究室が世界に誇る非可換非断熱ホロノミック万能量子ゲートは、究極的なセンサー感度を達成できる可能性があります。量子コンピュータの開発には外場に対する低い感受性が要求されますが、量子センサー応用では、逆に外場に対する高い感受性が要求されます。本研究室では、不要な環境スピンに対する感受性を下げるホロノミックデカップリング技術を既に開発しており[8,9]、逆に必要なスピンだけに感受性を持たせる選択的ホロノミックカップリング技術の開発も行っています。本手法では、ラムダ型の３準位で構成される幾何学的量子の縮退部分空間を論理量子ビットして定義するため、通常の動的スピンとは異なりゼロ磁場で動作します。磁場を遮蔽だけで実現できるゼロ磁場では、磁場を要求する通常の量子センサーで問題となる磁場不均一性による制限を受けないため、磁場・電場・歪み・スピン等の超広域・超高感度・超高解像イメージングが可能と期待されます。このようなホロノミック量子センサーは、量子計算や量子通信における量子超越性と同様に、量子センサーにおける量子超越性にも繋がると期待しています。
本研究は、科研費の挑戦的研究（開発）で主に進めています。

6.

ダイヤモンドの中の多彩な量子系

量子中継器に必要なのは、きわめて減衰の速い量子情報を、光が送信先に届くまでの間保持しておく「量子メモリ」の機能です。具体的には、100km 先に送信するなら少なくとも 1 ミリ秒間、量子情報を保持できる素材が必要になります。実際のオペレーションを考えると 1 秒は欲しいところです。ところが従来の半導体では、せいぜい 1 マイクロ秒が限界です。量子状態を長時間保持しておけるような構造を持った材料がダイヤモンドの NV を代表とする色中心です。現状では、NV 中心の電子スピンで１秒、これに付随する炭素核スピンで 1 分程度の量子情報保持が実証されています。炭素原子で構成されるダイヤモンドが持つ独特な原子構造が、量子情報の保存に非常に適しています。試行錯誤の末に、ついに光子の量子情報を炭素原子に転写することに世界で初めて成功したのが 2019 年[4]。量子コンピュータに不可欠な中継器の基礎理論を開発することができました。残る課題は、通信速度を実用レベルまで高めることです。
ここでは、「ダイヤモンドの量子テレポーテーション」についてごく簡単に説明します（図 8）[3,4]。ダイヤモンドは炭素（12C）で構成されています。この炭素の一つが欠け（図中の V）、その隣の炭素が窒素（図中の N）に置き換わった複合欠陥を NV 中心と呼びます。その周囲には、中性子が一つ多い炭素同位体（13C）が天然で約１％存在します。このような量子の小宇宙で、光子と中性子を「量子もつれ」という状態にして、光子から中性子への量子テレポーテーションを行います。量子もつれとは簡単にいうと、離れた地点にある２つの量子が相互関連性を持つ状態のことです。まず、欠陥に捕まった電子と炭素同位体の中性子を量子もつれ状態に準備します。その後、外から入ってきた光子6が電子に吸収されて特殊な状態に遷移[7]したときに、光子の状態が炭素同位体の中性子に転写されます。この際、中性子は光子とは直接相互作用していないため、テレポーテーションに例えられます。

図 8 ダイヤモンドの中で行われる量子テレポーテーションの原理図[4]（本文参照）

7.

量子技術ロードマップと関連国家プロジェクト

内閣府は昨年、日本の将来を担う主要な科学技術として量子技術を選定し、今後 30 年間の活動方針である「量子技術イノベーション戦略技術ロードマップ」を策定しました。その中の主要要素技術として、量子メモリ、量子もつれ、量子メディア変換を掲げました（図 9）。これらは量子テレポーテーションを原理とする量子中継器、量子インターフ
ェースの必須アイテムであり、量子情報技術全般の根幹をなします。

図 9 量子中継技術に関する量子技術イノベーション戦略技術ロードマップ[19]2020 年に横浜国立大学の先端科学高等研究院に量子情報研究センター（https://qic.ynu.ac.jp/）が新設され、量子計算、量子通信、量子インターネットの世界的拠点として「量子技術イノベーション戦略技術ロードマップ」の中核的役割を果たしています。本センターは、その基幹事業であるムーンショット研究開発事業「量子計算網構築のための量子インターフェース」をセンター長の筆者がプロジェクトマネージャーとなり JST より受託しています(https://www.jst.go.jp/moonshot/program/goal6/index.html）。本プロジェクトは、2020 年に内閣府が制定した国家戦略制度における JST 事業「2050 年までに、経済・産業・安全保障を飛躍的に発展させる誤り耐性型汎用量子コンピュータを実現」の一部です。量子情報研究センターがとりまとめ機関となり、横浜国大、東大、東京医科歯科大学、産総研、物材機構、量研機構が課題推進者として、京大、NICT、理研などが参加者として参画しています。また、2020
年 7 月には、総務省委託研究事業「グローバル量子暗号通信網」の課題 III「量子中継技術」を横浜国立大学がとりまとめ機関となり受託しています (https://www.soumu.go.jp/menu_news/s-news/02tsushin03_04000399.html）。本事
業は、将来の量子インターネットにつながる大規模量子暗号通信網実現のための国家レベルでのコンソーシアムを形成するものであり、NEC、東芝、古河電工、浜松ホトニクス、 NICT、産総研、物材機構、東大、北大などが参画しています。

7

おわりに
本節では、大規模量子コンピュータの実現に不可欠な量子光接続を可能とする量子インターフェース、ならびに長距離のグローバル量子暗号通信網の実現に不可欠な量子中継器の開発状況について解説し、これらを量子ネットワークに接続することで可能となる量子コンピュータネットワークあるいはその先のグローバルな量子インターネットへの応用、そして周辺技術としての量子ストレージ、量子センサーについての技術的課題と将来展望について説明しました。
量子コンピュータを使うと、これまでのデジタルコンピュータでは宇宙の終わりまで計算時間を要するような問題に数日で答えられるようになります。我々は、量子テレポーテーションを繰り返すことで、この量子コンピュータを量子通信でつないだ量子インターネットを構築しようとしています。量子インターネットの実現により大量のデータを安全に送受信できるようになり、社会が大きく変わると考えられています。世界に量子インターネットが繫がる瞬間を待ち望んでいます。
謝辞
本研究開発は、内閣府/JST のムーンショット型研究開発制度/事業「2050 年までに、経済・産業・安全保障を飛躍的に発展させる誤り耐性型汎用量子コンピュータを実現」(JPMJMS2062)、総務省の委託研究事業「グローバル量子暗号通信網構築のための研究開発」JP MI00316、JST の戦略的創造研究推進事業（CREST）「量子状態の高度な制御に基づく革新的量子技術基盤の創出」JPMJCR1773、文科省の科研費基盤研究(S) 16H0632619、挑戦的研究（開拓）19H0551929、挑戦的萌芽研究 16K13818 によって実施した成果を含みます。
参考文献
１）

Kodai Nagata, Kouyou Kuramitani, Yuhei Sekiguchi and Hideo Kosaka*, "Universal holonomic quantum
gates over geometric spin qubits with polarised microwaves", Nature Communications, 9, 3227 (2018). DOI:
10.1038/s41467-018-05664-w.

２）

Yuhei Sekiguchi, Naeko Niikura, Ryota Kuroiwa, Hiroki Kano and Hideo Kosaka*, “Optical holonomic single
quantum gates with a geometric spin under with a zero field”, Nature Photonics, 11, 309-314 (2017). DOI:
10.1038/nphoton.2017.40.

３）

Sen Yang, Ya Wang, Thai Hien Tran, S. Ali Momenzadeh, M. Markham, D. J.Twitchen, Rainer Stohr, PhilippNeumann, Hideo Kosaka, and Jorg Wrachtrup, “High fdelity transfer and storage of photon states in a single
nuclear spin", Nature Photonics, 10, 507-511(2016). DOI: 10.1038/nphoton.2016.103.

４）

Kazuya Tsurumoto, Ryota Kuroiwa, Hiroki Kano, Yuhei Sekiguchi and Hideo Kosaka*, "Quantum
teleportation-based state transfer of photon polarization into a carbon spin in diamond", Communications
Physics, 2, 74 (2019). DOI: 10.1038/s42005-019-0158-0.

５）Yuhei Sekiguchi, Yuki Yasui, Kazuya Tsurumoto, Yuta Koga, Raustin Reyes, and Hideo Kosaka, “Geometricentanglement of a photon and spin qubits in diamond”, Communications Physics (Nature Portfolio Journals)
4, 264 (2021), DOI: 10.1038/s42005-021-00767-1

６）

Raustin Reyes, Takaya Nakazato, Nobuaki Imaike, Kazuyasu Matsuda, Kazuya Tsurumoto, Yuhei Sekiguchi,
and Hideo Kosaka, “Complete Bell state measurement of diamond nuclear spins under a complete spatial
symmetry at zero magnetic field”, Appl. Phys. Lett. 120, 194002 (2022), DOI:10.1063/5.0088155

７）

Hideo Kosaka*, Naeko Niikura, “Entangled Absorption of a Single Photon with a Single Spin in Diamond”,
Phys. Rev. Lett., 114, 053603-1-5 (2015). DOI: 10.1103/PhysRevLett.114.053603.

８）

Yuhei Sekiguchi, Yusuke Komura, Shota Mishima, Touta Tanaka, Naeko Niikura and Hideo Kosaka*,“Geometric spin echo under zero field”, Nature Communications, 7, 11668 (2016). DOI: 10.1038/ncomms11668.

９）

Yuhei Sekiguchi, Yusuke Komura and Hideo Kosaka, "Dynamical Decoupling of a Geometric Qubit", Phys.
Rev. Applied 12, 051001 (2019). DOI: 10.1103/PhysRevApplied.12.051001.
8１０） Takaya Nakazato, Raustin Reyes, Nobuaki Imaike, Kazuyasu Matsuda, Kazuya Tsurumoto, Yuhei Sekiguchi,
and Hideo Kosaka, “Quantum error correction of spin quantum memories in diamond under a zero magneticfield”, Communications Physics (Nature Portfolio Journals) 5, 102 (2022), DOI: 10.1038/s42005-022-00875-6
１１） Yuhei Sekiguchi, Satsuki Okumura, and Hideo Kosaka, “Backward propagating quantum repeater protocol
with multiple quantum memories”, arXiv:2205.04243
１２） Hodaka Kurokawa, Moyuki Yamamoto, Yuhei Sekiguchi, and Hideo Kosaka, “Remote Entanglement ofSuperconducting Qubits via Solid-State Spin Quantum Memories”, arXiv:2202.07888
１３） Yuhei Sekiguchi, Kazuki Matsushita, Yoshiki Kawasaki, and Hideo Kosaka, “Optically addressable universal
holonomic quantum gates on diamond spins”, Nature Photonics (2022), DOI:10.21203/rs.3.rs-1461563/v1
１４） L.-M. Duan, M. D. Lukin, J. I. Cirac & P. Zoller, “Long-distance quantum communication with atomic
ensembles and linear optics”, Nature volume 414, pages413–418 (2001)
１５） S. L. N. Hermans, M. Pompili, H. K. C. Beukers, S. Baier, J. Borregaard & R. Hanson, “Qubit teleportation
between non-neighbouring nodes in a quantum network”, Nature 605, pages663–668 (2022).
１６） Koji Azuma, Kiyoshi Tamaki & Hoi-Kwong Lo, “All-photonic quantum repeaters”, Nature Communications
volume 6, Article number: 6787 (2015).
１７） 量 子 2.0 ～ 量 子 科 学 技 術 が 切 り 拓 く 新 た な 地 平 ～ , CRDS-FY2019-SP-03 (2020).
https://www.jst.go.jp/crds/report/CRDS-FY2019-SP-03.html
１８） 小坂英男, ニュートン別冊 量子論のすべて 「量子の世界第４回 量子テレポーテーション」 改訂第 2 版
１９） 量 子 技 術 イ ノ ベ ー シ ョ ン 戦 略 ロ ー ド マ ッ プ 改 訂 , 統 合 イ ノ ベ ー シ ョ ン 戦 略 推 進 会 (2022).
https://www8.cao.go.jp/cstp/ryoshigijutsu/roadmap_220422.pdf

9