革新的量子チップが量子技術の分野における大きな障害を克服

コペンハーゲン大学の量子物理学者は、量子技術の分野で大きな飛躍を遂げ、主要な障害を克服しました。チームは、同じ量子チップ上で複数のスピンキュービットを同時に操作し、スーパーコンピューターの開発に貢献することになります。

大規模な機能的な量子コンピュータを実現する上での大きな障害の1つは、多くの基本的なメモリ装置、またはキュービットを同時に制御することです。1つのキュービットを制御すると、通常、別のキュービットに同時制御パルスが適用され、否定的な影響が生じます。

この課題を克服したチームには、コペンハーゲン大学のニールス・ボーア研究所の2人の量子物理学者、フリードリコ・フェデレ博士とアナスア・チャッタージー助教授が含まれていました。2人はフェルディナンド・クエンメス准教授のグループで働いていました。

この研究は、Physical Review X Quantum誌に掲載されました。

スピンキュービットを用いた新しいアプローチ

GoogleやIBMなどの企業は、量子プロセッサのために超伝導技術に焦点を当てていますが、この研究グループは、半導体キュービット、またはスピンキュービットに重点を置いています。

「広義的に言えば、それらは、個々のスピン状態を制御および量子化できるように、量子ドットと呼ばれる半導体ナノ構造に閉じ込められた電子スピンで構成されています」とフェデレは述べています。

スピンキュービットは、長時間にわたって量子状態を維持できるため、他のプラットフォームよりも高速で正確な計算を実行できる可能性があります。さらに、その小さなサイズにより、他のキュービットアプローチよりもチップ上に多くのキュービットを配置できるため、コンピュータの処理能力が向上します。

研究チームは、単一のチップ上に4つのキュービットを2×2の配列で作成および操作することに成功しました。

キュービットの通信

アナスア・チャッタージーによると、最も重要な目標の1つは、キュービットが相互に通信できるようにすることです。

「今やかなり優れたキュービットを持っているので、ゲームの名前は、複数のキュービットを含む回路を接続し、量子計算エラーを修正できるようにすることです。さて、スピンキュービットの研究は、2×2または3×3のキュービット配列を含む回路に達しました。ただし、問題は、それらのキュービットが1つずつしか扱われないことです」とチャッタージーは述べています。

チームが開発した量子回路は、ガリウムアーセニドと呼ばれる半導体物質で作られており、バクテリアのサイズよりも小さくなっています。

チャッタージーは、この研究の共同筆頭著者です。

「私たちのチップの新しくて本当に重要な点は、すべてのキュービットを同時に操作および測定できることです。これは、スピンキュービット、または他の多くのタイプのキュービットで以前示されたことがありません」とチャッタージーは述べています。

量子計算を実行するには、キュービットを同時に操作および測定することが重要です。キュービットは非常に敏感で、1つずつ測定すると、わずかなノイズでもシステムの量子情報を変更する可能性があります。

「より強力な量子プロセッサを得るには、キュービットの数を増やすだけでなく、同時操作の数も増やす必要があります。私たちが行ったのは、ちょうどそれです」とクエンメス教授は述べています。

別の大きな課題は、チップの48個の制御電極を手動で調整し、継続的に調整された状態を維持する必要があることです。これは、人間にとって時間のかかる作業なので、チームは現在、プロセスを自動化するために最適化アルゴリズムと機械学習を使用する方法を探しています。