徳永 裕己 (トクナガ ユウキ)

情報科学研究院 情報エレクトロニクス部門 先端エレクトロニクス分野教授

研究者基本情報

■ 学位
  • 博士(理学), 大阪大学
■ URL
researchmap URLホームページURL■ ID 各種
J-Global ID■ 研究キーワード・分野
研究キーワード
  • 量子コンピュータ、量子光学

経歴

■ 経歴
経歴
  • 2025年10月 - 現在
    北海道大学, 大学院情報科学研究院, 教授
  • 2021年 - 2025年09月
    日本電信電話(株), コンピュータ&データサイエンス研究所, Distinguished Researcher
  • 2012年 - 2021年
    日本電信電話(株), セキュアプラットフォーム研究所, Distinguished Researcher,
  • 2001年 - 2012年
    日本電信電話(株), 情報流通プラットフォーム研究所, Researcher
学歴
  • 2007年, 大阪大学, 大学院基礎工学研究科, 物性物理専攻. 博士課程 修了
  • 2001年, 東京大学, 大学院理学系研究科, 情報科学専攻 修士課程 修了
  • 1999年, 京都大学, 総合人間学部, 基礎科学科 数理情報論専攻 卒業
委員歴
  • 2023年 - 現在
    量子I C Tフォーラム 委員
  • 2022年 - 現在
    Journal of Physical Society of Japan 編集委員
  • 2019年 - 現在
    情報処理推進機構 未踏ターゲット事業 プロジェクトマネージャー
  • 2019年 - 2025年
    JST さきがけ 「量子情報処理」領域アドバイザ
  • 2022年 - 2024年
    電子情報通信学会 量子情報技術研究会 幹事
  • 2021年 - 2024年
    情報処理学会 量子ソフトウェア研究会 幹事
  • 2020年 - 2022年
    日本物理学会誌 編集委員

研究活動情報

■ 受賞
  • 2025年, 電子情報通信学会, エレクトロニクスソサイエティ活動功労賞
  • 2024年, 日本産業大賞 内閣総理大臣賞
    富士通株式会社、理化学研究所、産業技術総合研究所、情報通信研究機構、大阪大学、NTTが共同受賞
  • 2009年, 井上科学振興財団, 井上研究奨励賞
■ 論文
  • Logical entanglement distribution between distant two-dimensional array qubits
    Yuya Maeda; Yasunari Suzuki; Toshiki Kobayashi; Takashi Yamamoto; Yuuki Tokunaga; Keisuke Fujii
    Physical Review Research, 8, 013282, American Physical Society (APS), 2026年03月12日, [査読有り]
    研究論文(学術雑誌), Sharing logical entangled pairs between distant quantum nodes is a key process to achieve fault-tolerant quantum computation and communication. However, there is a gap between current experimental specifications and theoretical requirements for sharing logical entangled states while improving experimental techniques. Here, we propose an efficient logical entanglement distribution protocol based on surface codes for two distant two-dimensional qubit array with nearest-neighbor interaction. A notable feature of our protocol is that it allows postselection according to error estimations, which provides the tunability between the infidelity of logical entanglements and the success probability of the protocol. With this feature, the fidelity of encoded logical entangled states can be improved by sacrificing success rates. We numerically evaluated the performance of our protocol and the trade-off relationship, and found that our protocol enables us to prepare logical entangled states while improving fidelity in feasible experimental parameters. We also discuss a possible physical implementation using neutral atom arrays to show the feasibility of our protocol.
  • Addressing requirements for crosstalk-free quantum-gate operation in many-body nanofiber cavity QED systems
    Tim Keller; Seigo Kikura; Rui Asaoka; Yasunari Suzuki; Yuuki Tokunaga; Takao Aoki
    Journal of the Optical Society of America B, 43, 2, 351, 351, Optica Publishing Group, 2026年01月29日
    研究論文(学術雑誌), A distributed network architecture in which flying photons connect individual modules containing stationary atomic qubits is a promising approach for scaling up neutral-atom-based quantum-computing platforms. We consider an all-fiber-based platform consisting of nanofiber cavity QED systems interconnected via conventional optical fibers. Each nanofiber cavity is strongly coupled to multiple atoms through its evanescent field, and atom pairs within one cavity (local) or two distant cavities (remote) are addressed for performing photon-mediated quantum logic gates on them by controlling the effective light–matter coupling via local AC Stark shifts and atom-fiber distance. We numerically evaluate the required parameters for achieving nearly crosstalk-free gate operation using these targeting methods by calculating average gate fidelities, success probabilities, and Pauli error rates for both local and remote controlled- Z gates. For the case of perfect addressing, we also analytically determine the theoretical optimum gate performance as limited by cavity reflectivity, cooperativity, and qubit level-splitting.
  • Unitary-transformed projective squeezing: Applications for circuit knitting and state preparation of non-Gaussian states
    Keitaro Anai; Yasunari Suzuki; Yuuki Tokunaga; Yuichiro Matsuzaki; Shuntaro Takeda; Suguru Endo
    Physical Review Research, 7, 043343, American Physical Society (APS), 2025年12月29日
    研究論文(学術雑誌), Continuous-variable (CV) quantum computing is a promising candidate for quantum computation because it can, even with one mode, utilize infinite-dimensional Hilbert spaces and can efficiently handle continuous values. Although photonic platforms have been considered as a leading platform for CV computation, hybrid systems that use both qubits and bosonic modes, e.g., superconducting hardware, have shown significant advances because they can prepare non-Gaussian states by utilizing the nonlinear interaction between the qubits and the bosonic modes. However, the size of hybrid hardware is currently restricted. Moreover, the fidelity of the non-Gaussian state is also restricted. This work extends the projective squeezing method to establish a formalism for projecting quantum states onto the states that are unitary-transformed from the squeezed vacuum at the expense of the sampling cost. Based on this formalism, we propose methods for simulating larger quantum devices and projecting states onto the cubic phase state, a typical non-Gaussian state, with a higher squeezing level and higher nonlinearity. To make implementation practical, we can, by leveraging the interactions in hybrid systems of qubits and bosonic modes, apply the smeared projector by using either the linear-combination-of-unitaries or virtual quantum error detection algorithms. We numerically verify the performance of our methods and show that projection can suppress the effect of photon-loss errors.
  • Density matrix representation of hybrid tensor networks for noisy quantum devices
    Hiroyuki Harada; Yasunari Suzuki; Bo Yang; Yuuki Tokunaga; Suguru Endo
    QUANTUM, 9, 2025年08月07日
    英語, 研究論文(学術雑誌)
  • Quantum error mitigation for rotation-symmetric bosonic codes with symmetry expansion
    Suguru Endo; Yasunari Suzuki; Kento Tsubouchi; Rui Asaoka; Kaoru Yamamoto; Yuichiro Matsuzaki; Yuuki Tokunaga
    PHYSICAL REVIEW A, 111, 6, 2025年06月02日
    英語, 研究論文(学術雑誌)
  • Resource-efficient generalized quantum subspace expansion
    Bo Yang; Nobuyuki Yoshioka; Hiroyuki Harada; Shigeo Hakkaku; Yuuki Tokunaga; Hideaki Hakoshima; Kaoru Yamamoto; Suguru Endo
    PHYSICAL REVIEW APPLIED, 23, 5, 2025年05月08日
    英語, 研究論文(学術雑誌)
  • High-purity single-photon generation based on cavity QED
    Seigo Kikura; Rui Asaoka; Masato Koashi; Yuuki Tokunaga
    PHYSICAL REVIEW RESEARCH, 7, 1, 2025年03月07日
    英語, 研究論文(学術雑誌)
  • Optimal cavity design for minimizing errors in cavity-QED-based atom-photon entangling gates with finite temporal duration
    Takeru Utsugi; Rui Asaoka; Yuuki Tokunaga; Takao Aoki
    PHYSICAL REVIEW A, 111, 1, 2025年01月23日
    英語, 研究論文(学術雑誌)
  • LSQCA: Resource-Efficient Load/Store Architecture for Limited-Scale Fault-Tolerant Quantum Computing
    Takumi Kobori; Yasunari Suzuki; Yosuke Ueno; Teruo Tanimoto; Synge Todo; Yuuki Tokunaga
    2025 IEEE INTERNATIONAL SYMPOSIUM ON HIGH PERFORMANCE COMPUTER ARCHITECTURE, HPCA, 304, 320, 2025年
    英語, 研究論文(国際会議プロシーディングス)
  • Efficient and high-performance routing of lattice-surgery paths on three-dimensional
    Kou Hamada; Yasunari Suzuki; Yuuki Tokunaga
    Quantum Computing Theory in Practice conference (QCTiP), 2024年04月, [査読有り]
    Encoding logical qubits with surface codes and performing multi-qubit logical
    operations with lattice surgery is one of the most promising approaches to
    demonstrate fault-tolerant quantum computing. Thus, a method to efficiently
    schedule a sequence of lattice-surgery operations is vital for high-performance
    fault-tolerant quantum computing. A possible strategy to improve the throughput
    of lattice-surgery operations is splitting a large instruction into several
    small instructions such as Bell state preparation and measurements and
    executing a part of them in advance. However, scheduling methods to fully
    utilize this idea have yet to be explored. In this paper, we propose a fast and
    high-performance scheduling algorithm for lattice-surgery instructions
    leveraging this strategy. We achieved this by converting the scheduling problem
    of lattice-surgery instructions to a graph problem of embedding 3D paths into a
    3D lattice, which enables us to explore efficient scheduling by solving path
    search problems in the 3D lattice. Based on this reduction, we propose a method
    to solve the path-finding problems, Dijkstra projection. We numerically show
    that this method reduced the execution time of benchmark programs generated
    from quantum phase estimation algorithms by 2.7 times compared with a naive
    method based on greedy algorithms. Our study establishes the relation between
    the lattice-surgery scheduling and graph search problems, which leads to
    further theoretical analysis on compiler optimization of fault-tolerant quantum
    computing.
  • Speed Limit of Efficient Cavity-Mediated Adiabatic Transfer
    Akinori Suenaga; Takeru Utsugi; Rui Asaoka; Yuuki Tokunaga; Rina Kanamoto; Takao Aoki
    JOURNAL OF THE PHYSICAL SOCIETY OF JAPAN, 93, 4, 2024年03月27日
    英語, 研究論文(学術雑誌)
  • Quantum Circuit Fragments: Efficient and verifiable format for quantum circuits
    Rei Tokami; Yasunari Suzuki; Yuuki Tokunaga
    2024 IEEE INTERNATIONAL CONFERENCE ON QUANTUM COMPUTING AND ENGINEERING, QCE, VOL 2, 388, 389, 2024年
    英語, 研究論文(国際会議プロシーディングス)
  • Virtual quantum error detection
    Kento Tsubouchi; Yasunari Suzuki; Yuuki Tokunaga; Nobuyuki Yoshioka; Suguru Endo
    PHYSICAL REVIEW A, 108, 4, 2023年10月25日
    英語, 研究論文(学術雑誌)
  • WIT-Greedy: Hardware System Design ofWeighted ITerative Greedy Decoder for Surface Code
    Wang Liao; Yasunari Suzuki; Teruo Tanimoto; Yosuke Ueno; Yuuki Tokunaga
    2023 28TH ASIA AND SOUTH PACIFIC DESIGN AUTOMATION CONFERENCE, ASP-DAC, 209, 215, 2023年
    英語, 研究論文(国際会議プロシーディングス)
  • Error-Mitigated Quantum Metrology via Virtual Purification
    Kaoru Yamamoto; Suguru Endo; Hideaki Hakoshima; Yuichiro Matsuzaki; Yuuki Tokunaga
    PHYSICAL REVIEW LETTERS, 129, 25, 2022年12月16日
    英語, 研究論文(学術雑誌)
  • Stimulated Emission of Superradiant Atoms in Waveguide Quantum Electrodynamics
    Rui Asaoka; Julio Gea-Banacloche; Yuuki Tokunaga; Kazuki Koshino
    PHYSICAL REVIEW APPLIED, 18, 6, 2022年12月02日
    英語, 研究論文(学術雑誌)
  • Gaussian-wave-packet model for single-photon generation based on cavity quantum electrodynamics under adiabatic and nonadiabatic conditions
    Takeru Utsugi; Akihisa Goban; Yuuki Tokunaga; Hayato Goto; Takao Aoki
    PHYSICAL REVIEW A, 106, 2, 2022年08月19日
    英語, 研究論文(学術雑誌)
  • Generalized Quantum Subspace Expansion
    Nobuyuki Yoshioka; Hideaki Hakoshima; Yuichiro Matsuzaki; Yuuki Tokunaga; Yasunari Suzuki; Suguru Endo
    PHYSICAL REVIEW LETTERS, 129, 2, 2022年07月06日
    英語, 研究論文(学術雑誌)
  • Quantum Error Mitigation as a Universal Error Reduction Technique: Applications from the NISQ to the Fault-Tolerant Quantum Computing Eras
    Yasunari Suzuki; Suguru Endo; Keisuke Fujii; Yuuki Tokunaga
    PRX QUANTUM, 3, 1, 2022年03月18日
    英語, 研究論文(学術雑誌)
  • Quantum algorithm for the calculation of transition amplitudes in hybrid tensor networks
    Shu Kanno; Suguru Endo; Yasunari Suzuki; Yuuki Tokunaga
    PHYSICAL REVIEW A, 104, 4, 2021年10月27日
    英語, 研究論文(学術雑誌)
  • Requirements for fault-tolerant quantum computation with cavity-QED-based atom-atom gates mediated by a photon with a finite pulse length
    Rui Asaoka; Yuuki Tokunaga; Rina Kanamoto; Hayato Goto; Takao Aoki
    PHYSICAL REVIEW A, 104, 4, 2021年10月07日
    英語, 研究論文(学術雑誌)
  • Optimization of a cavity-QED system for fast two-qubitgates
    Rui Asaoka; Takeru Utsugi; Yuuki Tokunaga; Rina Kanamoto; Takao Aoki
    2021 CONFERENCE ON LASERS AND ELECTRO-OPTICS EUROPE & EUROPEAN QUANTUM ELECTRONICS CONFERENCE (CLEO/EUROPE-EQEC), 2021年
    英語, 研究論文(国際会議プロシーディングス)
  • Suitable fault-tolerant schemes for cavity-QED-based quantum computation
    Rui Asaoka; Yuuki Tokunaga; Rina Kanamoto; Hayato Goto; Kazuki Koshino; Takao Aoki
    2020 CONFERENCE ON LASERS AND ELECTRO-OPTICS PACIFIC RIM (CLEO-PR), 2020年
    英語, 研究論文(国際会議プロシーディングス)
  • Optimization of cavity parameters for high-speed quantum computation based on cavity QED
    Takeru Utsugi; Rui Asaoka; Yuuki Tokunaga; Takao Aoki
    2020 CONFERENCE ON LASERS AND ELECTRO-OPTICS PACIFIC RIM (CLEO-PR), 2020年
    英語, 研究論文(国際会議プロシーディングス)
  • Figure of merit for single-photon generation based on cavity quantum electrodynamics
    Hayato Goto; Shota Mizukami; Yuuki Tokunaga; Takao Aoki
    PHYSICAL REVIEW A, 99, 5, 2019年05月28日
    英語, 研究論文(学術雑誌)
  • Nonreciprocal microwave transmission based on Gebhard-Ruckenstein hopping
    Shumpei Masuda; Shingo Kono; Keishi Suzuki; Yuuki Tokunaga; Yasunobu Nakamura; Kazuki Koshino
    PHYSICAL REVIEW A, 99, 1, 2019年01月10日
    英語, 研究論文(学術雑誌)
  • Figure of merit for the efficiency of single-photon generation using cavity-QED systems
    Yuuki Tokunaga; Hayato Goto; Takeru Utsugi; Takao Aoki
    International Symposium on Single photon based quantum technologies, 2019年
    研究論文(国際会議プロシーディングス)
  • Theory of Deterministic Entanglement Generation between Remote Superconducting Atoms
    K. Koshino; K. Inomata; Z. R. Lin; Y. Tokunaga; T. Yamamoto; Y. Nakamura
    PHYSICAL REVIEW APPLIED, 7, 6, 2017年06月05日
    英語, 研究論文(学術雑誌)
  • A photonic controlled-phase gate by passive use of a system
    Yuuki Tokunaga; Kazuki Koshino
    22nd Central European Workshop on Quantum Optics, Warsaw, 2015年07月
    研究論文(国際会議プロシーディングス)
  • Simple Waveguide-QED-based Photonic Quantum Gates
    Yuuki Tokunaga; Kazuki Koshino
    Progress In Electromagnetics Research Symposium, 2015年07月
    研究論文(国際会議プロシーディングス)
  • High-Fidelity Cluster State Generation for Ultracold Atoms in an Optical Lattice
    Kensuke Inaba; Yuuki Tokunaga; Kiyoshi Tamaki; Kazuhiro Igeta; Makoto Yamashita
    PHYSICAL REVIEW LETTERS, 112, 11, 2014年03月17日
    英語, 研究論文(学術雑誌)
  • Thresholds of surface codes on the general lattice structures suffering biased error and loss
    Yuuki Tokunaga; Keisuke Fujii
    ELEVENTH INTERNATIONAL CONFERENCE ON QUANTUM COMMUNICATION, MEASUREMENT AND COMPUTATION (QCMC), 1633, 198, 200, 2014年
    英語, 研究論文(国際会議プロシーディングス)
  • Control of Wannier orbitals for generating tunable Ising interactions of ultracold atoms in an optical lattice
    Kensuke Inaba; Yuuki Tokunaga; Kiyoshi Tamaki; Kazuhiro Igeta; Makoto Yamashita
    ELEVENTH INTERNATIONAL CONFERENCE ON QUANTUM COMMUNICATION, MEASUREMENT AND COMPUTATION (QCMC), 1633, 240, 242, 2014年
    英語, 研究論文(国際会議プロシーディングス)
  • Error and loss tolerances of surface codes with general lattice structures
    Keisuke Fujii; Yuuki Tokunaga
    PHYSICAL REVIEW A, 86, 2, 2012年08月21日
    英語, 研究論文(学術雑誌)
  • Discrete Fourier-Based Correlations for Entanglement Detection
    Ryo Namiki; Yuuki Tokunaga
    PHYSICAL REVIEW LETTERS, 108, 23, 2012年06月04日
    英語, 研究論文(学術雑誌)
  • Schmidt-number benchmark for genuine quantum memories and gates
    Ryo Namiki; Yuuki Tokunaga
    PHYSICAL REVIEW A, 85, 1, 2012年01月26日
    英語, 研究論文(学術雑誌)
  • Quantum entanglement generation using ultracold fermionic atoms in an optical lattice
    K. Inaba; Y. Tokunaga; K. Tamaki; K. Igeta; M. Yamashita
    The international conference on Quantum Information Processing and Communication (QIPC), 2011年09月
  • Fault-Tolerant Topological One-Way Quantum Computation with Probabilistic Two-Qubit Gates
    Keisuke Fujii; Yuuki Tokunaga
    PHYSICAL REVIEW LETTERS, 105, 25, 2010年12月14日
    英語, 研究論文(学術雑誌)
  • Experimental verification of quantum process in one-way quantum computing
    Y. Tokunaga; S. Okamoto; R. Ikuta; R. Namiki; T. Yamamoto; M. Koashi; N. Imoto
    International Conference on Quantum Information and Computation (ICQIC), 2010年10月
  • Complete process tomography of experimental one-way quantum computation
    Y. Tokunaga; S. Okamoto; R. Ikuta; T. Yamamoto; M. Koashi; N. Imoto
    The 3rd Conference on Quantum Information and Quantum Control (CQIQCIII), 2009年08月
    研究論文(国際会議プロシーディングス)
  • Process Characterization of Experimental Photonic One-Way Quantum Computing
    Yuuki Tokunaga; Shin Kuwashiro; Takashi Yamamoto; Masato Koashi; Nobuyuki Imoto
    QUANTUM COMMUNICATION, MEASUREMENT AND COMPUTING (QCMC), 1110, 455, 458, 2009年
    英語, 研究論文(国際会議プロシーディングス)
  • Generation of high-fidelity four-photon cluster state and quantum-domain demonstration of one-way quantum computing
    Yuuki Tokunaga; Shin Kuwashiro; Takashi Yamamoto; Masato Koashi; Nobuyuki Imoto
    PHYSICAL REVIEW LETTERS, 100, 21, 2008年05月30日
    英語, 研究論文(学術雑誌)
  • Process Characterization of Experimental Photonic One-Way Quantum Computing
    Yuuki Tokunaga; Shin Kuwashiro; Takashi Yamamoto; Masato Koashi; Nobuyuki Imoto
    2008 CONFERENCE ON LASERS AND ELECTRO-OPTICS & QUANTUM ELECTRONICS AND LASER SCIENCE CONFERENCE, VOLS 1-9, 3211, +, 2008年
    英語, 研究論文(国際会議プロシーディングス)
  • Experimental photonic cluster state quantum computation over classical bounds
    Y. Tokunaga; S. Kuwashiro; T. Yamamoto; M. Koashi; N. Imoto
    International Conference on Quantum Information Processing and Communication (QIPC’07), 2007年
  • Fidelity estimation and entanglement verification for experimentally produced four-qubit cluster states
    Yuuki Tokunaga; Takashi Yamamoto; Masato Koashi; Nobuyuki Imoto
    PHYSICAL REVIEW A, 74, 2, 2006年08月
    英語, 研究論文(学術雑誌)
  • Simple experimental scheme of preparing a four-photon entangled state for the teleportation-based realization of a linear optical controlled-NOT gate - art. no. 030301
    Y Tokunaga; T Yamamoto; M Koashi; N Imoto
    PHYSICAL REVIEW A, 71, 3, 2005年03月
    英語, 研究論文(学術雑誌)
  • Entanglement witnesses of four-qubit cluster states with local measurement
    Y. Tokunaga; T. Yamamoto; M. Koashi; N. Imoto
    Erato conference on Quantum Information Science (EQIS’05), 2005年
    研究論文(国際会議プロシーディングス)
  • Threshold quantum cryptography
    Y Tokunaga; T Okamoto; N Imoto
    PHYSICAL REVIEW A, 71, 1, 012314, 2005年01月
    英語, 研究論文(学術雑誌)
  • A four-photon entangled state for linear optical quantum information processing
    Y Tokunaga; T Yamamoto; M Koashi; N Imoto
    QUANTUM COMMUNICATION, MEASUREMENT AND COMPUTING, 734, 350, 353, 2004年
    英語, 研究論文(国際会議プロシーディングス)
  • Anonymous Quantum Cash
    Yuuki Tokunaga; Tatsuaki Okamoto; Nobuyuki Imoto
    Erato conference on Quantum Information Science (EQIS’03), 2003年
    研究論文(国際会議プロシーディングス)
  • One-way probabilistic reversible and quantum one-counter automata
    T Yamasaki; H Kobayashi; Y Tokunaga; H Imai
    THEORETICAL COMPUTER SCIENCE, 289, 2, 963, 976, 2002年10月30日
    英語, 研究論文(学術雑誌)
  • One-way probabilistic reversible and quantum one-counter automata
    T Yamasaki; H Kobayashi; Y Tokunaga; H Imai
    International Computing and Combinatorics Conference, 1858, 436, 446, 2000年
    英語, 研究論文(学術雑誌)
■ その他活動・業績
  • Network-Based Quantum Computing: an efficient design framework for many-small-node distributed fault-tolerant quantum computing
    Soshun Naito; Yasunari Suzuki; Yuuki Tokunaga, arXiv:2601.09374, 2026年01月
  • Trade-offs between Quantum and Classical Resources in the Linear Combination of Unitaries
    Kaito Wada; Hiroyuki Harada; Yasunari Suzuki; Yuuki Tokunaga; Naoki Yamamoto; Suguru Endo, arXiv:2512.06260, 2025年12月
  • Exploiting Translational Symmetry for Quantum Computing with Squeezed Cat Qubits
    Tomohiro Shitara; Gabriel Mintzer; Yuuki Tokunaga; Suguru Endo, arXiv:2510.00497, 2025年10月01日
    Squeezed cat quantum error correction (QEC) codes have garnered attention
    because of their robustness against photon-loss and excitation errors while
    maintaining the biased-noise property of cat codes. In this work, we reveal the
    utility of the unexplored translational symmetry of the squeezed cat codes,
    with applications to autonomous QEC, reliable logical operations, and readout
    in a non-orthogonal basis. Using the basis under subsystem decomposition
    spanned by squeezed displaced Fock states, we analytically show that our
    autonomous QEC protocol allows for correcting logical errors due to photon
    loss, although the translational symmetry in one direction does not uniquely
    specify the code space. We also introduce the implementation methods of
    reliable logical operations by repeated alternation of a small-step unitary
    operation with a subsequent step of QEC onto the code space. Finally, by
    appropriately treating the non-Hermitian nature of the logical $Z$ operator, we
    also propose a circuit for precisely reading out the squeezed cat code in a
    non-orthogonal basis.
  • Fault-tolerant logical state construction based on cavity-QED network
    Rui Asaoka; Yasunari Suzuki; Yuuki Tokunaga, 2025年03月14日
    Exploring an efficient and scalable architecture of fault-tolerant quantum
    computing (FTQC) is vital for demonstrating useful quantum computing. Here, we
    propose and evaluate a scalable and practical architecture with a
    cavity-quantum-electrodynamics (CQED) network. Our architecture takes advantage
    of the stability of neutral atoms and the flexibility of a CQED network. We
    show a concrete framework for implementing surface codes and numerically
    analyze the logical error rate and threshold values beyond the simplified
    circuit-level noise model on several network structures. Although the
    requirement of CQED parameters is demanding given the current performance of
    experimental systems, we show that an error-decoding algorithm tailored to our
    proposed architecture, where the loss information of ancillary photons is
    utilized, greatly improves the error threshold. For example, the internal
    cooperativity, a good figure of merit of the cavity performance for quantum
    computing, required for FTQC is relaxed to 1/5 compared to the normal
    error-decoding for the surface code. Since our proposal and results can be
    extended to other LDPC codes straightforwardly, our approach will lead to
    achieve more reliable FTQC using CQED.
  • Data-Efficient Error Mitigation for Physical and Algorithmic Errors in a Hamiltonian Simulation
    Shigeo Hakkaku; Yasunari Suzuki; Yuuki Tokunaga; Suguru Endo, 2025年03月07日
    Quantum dynamics simulation via Hamilton simulation algorithms is one of the
    most crucial applications in the quantum computing field. While this task has
    been relatively considered the target in the fault-tolerance era, the
    experiment for demonstrating utility by an IBM team simulates the dynamics of
    an Ising-type quantum system with the Trotter-based Hamiltonian simulation
    algorithm with the help of quantum error mitigation. In this study, we propose
    the data-efficient 1D extrapolation method to mitigate not only physical errors
    but also algorithmic errors of Trotterized quantum circuits in both the
    near-term and early fault-tolerant eras. Our proposed extrapolation method uses
    expectation values obtained by Trotterized circuits, where the Trotter number
    is selected to minimize both physical and algorithmic errors according to the
    circuit's physical error rate. We also propose a method that combines the
    data-efficient 1D extrapolation with purification QEM methods, which improves
    accuracy more at the expense of multiple copies of quantum states or the depth
    of the quantum circuit. Using the 1D transverse-field Ising model, we
    numerically demonstrate our proposed methods and confirm that our proposed
    extrapolation method suppresses both statistical and systematic errors more
    than the previous extrapolation method.
  • 分散FTQCにおけるノード間通信多重化手法の提案
    内藤壮俊; 鈴木泰成; 徳永裕己, 情報処理学会研究報告(Web), 2025, HPC-198, 2025年
  • 再配置可能な中性原子アレイとHGP符号を用いた誤り耐性量子計算機における効率的な論理計算方式の提案
    長谷川駿; 鈴木泰成; 徳永裕己, 情報処理学会研究報告(Web), 2025, HPC-198, 2025年
  • Virtual entanglement purification via noisy entanglement
    Kaoru Yamamoto; Yuichiro Matsuzaki; Yasunari Suzuki; Yuuki Tokunaga; Suguru Endo, 2024年11月15日
    Distributed quantum computation (DQC) is a promising approach for scalable
    quantum computing, where high-fidelity non-local operations among remote
    devices are required for universal quantum computation. These operations are
    typically implemented through state and gate teleportation with the consumption
    of high-fidelity entanglement prepared via entanglement purification. However,
    noisy local operations and classical communication (LOCC) limit the fidelity of
    purified entanglement, thereby degrading the quality of non-local operations.
    Meanwhile, circuit knitting and cutting, which simulate non-local operations by
    preparing separable states along with LOCC, has been considered for DQC as an
    alternative. Although this approach needs no entanglement among remote devices,
    it requires excessive circuit runs. Here, we present a protocol utilizing
    virtual operations that purifies noisy entanglement at the level of expectation
    values. Our protocol offers the following advantages over conventional methods:
    surpasses the fidelity limit of entanglement purification in the presence of
    noise in LOCC, requires fewer sampling shots than circuit knitting, and
    exhibits robustness against infidelity fluctuations in shared noisy Bell
    states, unlike probabilistic error cancellation. Our protocol bridges the gap
    between the entanglement-based and circuit-knitting DQC methods, offering a
    flexible approach to achieve further scalability despite hardware limitations.
  • Projective squeezing for translation symmetric bosonic codes
    Suguru Endo; Keitaro Anai; Yuichiro Matsuzaki; Yuuki Tokunaga; Yasunari Suzuki, 2024年03月21日
    The design of translation symmetric bosonic codes, e.g.,
    Gottesmann-Kitaev-Preskill and squeezed cat codes, is robust against photon
    loss, but the computation accuracy is limited by the available squeezing level.
    Here, we introduce the \textit{projective squeezing} (PS) method for computing
    outcomes for a higher squeezing level by revealing that a linear combination of
    displacement operators with periodic displacement values constitutes the
    smeared projector onto the better code space; we also show the analytical
    relationship between the increased squeezing level and the projection
    probability. We introduce concrete implementation methods for PS based on
    linear-combination-of-unitaries and virtual quantum error detection. We also
    numerically verify our analytical arguments and show that our protocol can
    mitigate the effect of photon loss.
  • 誤り耐性量子コンピュータの早期実現に向けた取り組み—特集 量子コンピュータの実用化を加速する取り組み
    徳永 裕己, NTT技術ジャーナル / NTT株式会社 企画編集, 35, 9, 26, 29, 2023年09月
    東京 : 電気通信協会, 日本語
  • 導波路に結合した原子集団の誘導放出
    浅岡類; GEA-BANACLOCHE Julio; 徳永裕己; 越野和樹, 日本物理学会講演概要集(CD-ROM), 78, 1, 2023年
  • 再励起問題を考慮した共振器QED系による単一光子源設計
    木倉清吾; 浅岡類; 徳永裕己, 日本物理学会講演概要集(CD-ROM), 78, 1, 2023年
  • 共振器QED系による単一光子生成-物理描像の再検討-
    木倉清吾; 浅岡類; 徳永裕己; 小芦雅斗, 日本物理学会講演概要集(CD-ROM), 78, 2, 2023年
  • 散逸条件下の共振器光子を介した断熱転写の時間的制約
    末永晃理; 宇津木健; 浅岡類; 徳永裕己; 金本理奈; 青木隆朗, 日本物理学会講演概要集(CD-ROM), 77, 1, 2022年
  • 新原理コンピュータへの取り組み 量子情報処理の誤り耐性技術とその実装方式
    徳永裕己; 鈴木泰成; 遠藤傑; 浅岡類, NTT技術ジャーナル, 33, 3, 2021年
  • 共振器を介した断熱転写の共振器長依存性
    末永晃理; 宇津木健; 浅岡類; 徳永裕己; 金本理奈; 青木隆朗, 日本物理学会講演概要集(CD-ROM), 76, 1, 2021年
  • ナノファイバー共振器QED系を用いた量子中継の検討
    為近彩智; 鈴木泰成; 徳永裕己; 青木隆朗, 日本物理学会講演概要集(CD-ROM), 76, 1, 2021年
  • 損失のある共振器QED系による(SWAP)αゲート成立条件の解析
    宇津木健; 浅岡類; 徳永裕己; 青木隆朗, 日本物理学会講演概要集(CD-ROM), 76, 1, 2021年
  • 任意の結合条件・パルス長に適用可能な共振器QEDに基づく光子生成効率の定式化
    宇津木健; 碁盤晃久; 徳永裕己; 後藤隼人; 青木隆朗, 日本物理学会講演概要集(CD-ROM), 76, 2, 2021年
  • 共振器QED系による√SWAPゲートの高速化に向けた共振器パラメータ最適化
    宇津木健; 浅岡類; 徳永裕己; 青木隆朗, 日本物理学会講演概要集(CD-ROM), 75, 2, 2020年
  • 離れた超伝導量子ビット間の決定論的量子もつれ生成の理論
    越野和樹; 猪股邦宏; ZHIRONG L.; 徳永裕己; 山本剛; 中村泰信, 日本物理学会講演概要集(CD-ROM), 72, 2, 2017年
  • 量子コンピュータ:3.量子コンピュータの誤り訂正技術 -物理に即したトポロジカル表面符号-
    徳永, 裕己, 情報処理, 55, 7, 695, 701, 2014年06月15日
    量子コンピュータで取り扱う量子状態は原理的に誤りが起こりやすいため,量子計算に誤り訂正技術を組み込むことは必須と考えられる.本稿では近年発展した物理に即した量子誤り訂正技術であるトポロジカル表面符号および,これを用いて符号化したまま計算を行うフォールトトレラント量子計算の解説を行う., 情報処理学会, 日本語
  • 光格子中の冷却フェルミ原子気体を用いた量子もつれ生成
    稲葉謙介; 徳永裕己; 玉木潔; 井桁和浩; 山下眞, 日本物理学会講演概要集, 66, 1, 2011年
  • 量子光学・非線形光学
    徳永 裕己, 光学, 39, 4, 181, 182, 2010年04月10日
    日本語
  • 光量子もつれクラスター状態を用いた量子演算の実装実験
    徳永 裕己, 光学, 37, 12, 706, 711, 2008年12月
    東京 : 日本光学会, 日本語
  • 量子計算汎用シミュレーションシステム
    徳永裕己, 第3回量子情報技術研究会, 2000年
■ 書籍等出版物
■ 所属学協会
  • 情報処理学会
  • 日本物理学会
■ 共同研究・競争的資金等の研究課題
  • クロスレイヤー協調設計モデルの開発と拡張
    ムーンショット型研究開発事業
    2021年 - 2030年
    徳永裕己 (課題推進者)
    内閣府, 誤り耐性型量子コンピュータにおける理論・ソフトウェアの研究開発のプロジェクト(P M:小芦雅斗), 研究分担者
  • 分散量子コンピューティングの共創的マルチレイヤー設計とその実装
    戦略的な研究開発の推進 戦略的創造研究推進事業 CREST
    2023年10月 - 2029年03月
    徳永 裕己 (研究代表者)
    未だ実現の目処が立っていない大規模な分散量子計算に向けて、ハードウェアからアーキテクチャ、ソフトウェアまでのこれまでにない共創的なマルチレイヤー設計により、理論と実験を一気通貫し、分散量子計算の性能を最大限引き出す枠組みを提示し、分散量子計算機のプラットフォームを構築します。
    科学技術振興機構, 日本電信電話株式会社, 研究代表者
  • 「量子コンピュータの性能を引き出すための基盤アルゴリズム開発」および「量子コンピュータの性能を引き出すためのシステム・アーキテクチャ設計」
    光・量子飛躍フラッグシッププログラム(Q-LEAP)
    2020年 - 2029年
    徳永裕己 (研究分担者)
    文科省, 量子情報処理技術領域 「知的量子設計による量子ソフトウェア研究開発と応用」(研究代表者:藤井啓祐), 研究分担者
  • ナノファイバー共振器Q E D方式に適した量子誤り訂正理論
    ムーンショット型研究開発事業 目標6:2050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
    2023年 - 2025年
    徳永裕己 (課題推進者)
    内閣府, ナノファイバー共振器QED による大規模量子ハードウェア(P M:青木隆朗), 研究分担者
■ 産業財産権