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マイクロ波偏光を用いた独自の量子ビットによる、エラー耐性と量子もつれを克服する量子操作の実現

室温で使える万能量子コンピュータへ道

Yokohama National University

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IMAGE: This is a nitrogen-vacancy (NV) center in diamond with two crossed wires for holonomic quantum gates over the geometric spin qubit with a polarized microwave. view more 

Credit: YOKOHAMA NATIONAL UNIVERSITY

横浜国立大学の小坂英男教授の研究グループは、量子コンピュータの量子回路(量子ゲート)の研究において、エラー耐性を持ち、より高速かつ高精度な量子ゲート操作を室温の完全無磁場下で実証することに世界で初めて成功しました。

量子コンピュータは、従来型のコンピュータとは根本的に異なる原理により爆発的な処理能力を発揮する可能性を秘めた装置です。近年、研究開発が期待されている、ゲート方式によるアルゴリズムを採用した万能量子コンピュータの実現の上で一番の課題となっているのは、操作エラーや環境ノイズに対する脆弱性の克服(エラー耐性の獲得)です。また、ゲート方式で用いられる超伝導体は低温環境で動作させる必要があり、将来的な汎用性の上では室温で動作可能な量子コンピュータの開発が望まれています。

今回、同研究グループは、ダイヤモンド窒素-空孔中心(NV中心)を構成する空孔中の電子や窒素原子内の核子のスピンがとるエネルギー準位を「幾何学量子ビット」と名付け、この独自の量子ビットに対し偏光マイクロ波を用いることで、室温下で量子情報処理において必要とされる全てのゲート量子操作を実現しました。この操作手法では課題であったエラーを排除することができ、操作精度の限界を実質なくすことが可能であることをシミュレーションにより証明しました。

この成果により、室温で動作するあらゆる量子素子実現に道を拓き、暗号化通信や創薬といった複雑な問題解決への応用が期待されます。

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本成果は8月13日に、Nature Communicationsにオンラインにて発表されます。

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