量子計算機の信頼性向上を目指した新しい量子冷蔵庫 (Record Cold Quantum Refrigerator Paves Way for Reliable Quantum Computers)

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2025-01-09 チャルマース工科大学

チャルマース工科大学(スウェーデン)とメリーランド大学(米国)の研究者たちは、新型の量子冷蔵庫を開発し、超伝導量子ビット(キュービット)をこれまでで最も低い温度に冷却することに成功しました。この冷蔵庫は外部からの制御を必要とせず、環境からの熱を利用して自律的に動作します。その結果、キュービットを22ミリケルビン(絶対零度よりわずか0.022度上)まで冷却し、計算開始前の基底状態(値0)にある確率を99.97%に向上させました。これは従来の技術(99.8%から99.92%)を上回る成果であり、量子コンピューターの信頼性と効率性の向上に寄与すると期待されます。

<関連情報>

熱駆動量子冷凍機が超伝導量子ビットを自律的にリセットする Thermally driven quantum refrigerator autonomously resets a superconducting qubit

Mohammed Ali Aamir,Paul Jamet Suria,José Antonio Marín Guzmán,Claudia Castillo-Moreno,Jeffrey M. Epstein,Nicole Yunger Halpern & Simone Gasparinetti
Nature Physics  Published:09 January 2025
DOI:https://doi.org/10.1038/s41567-024-02708-5

量子計算機の信頼性向上を目指した新しい量子冷蔵庫 (Record Cold Quantum Refrigerator Paves Way for Reliable Quantum Computers)

Abstract

Although classical thermal machines power industries and modern living, quantum thermal engines have yet to prove their utility. Here, we demonstrate a useful quantum absorption refrigerator formed from superconducting circuits. We use it to cool a transmon qubit to a temperature lower than that achievable with any one available bath, thereby resetting the qubit to an initial state suitable for quantum computing. The process is driven by a thermal gradient and is autonomous, requiring no external feedback. The refrigerator exploits an engineered three-body interaction between the target qubit and two auxiliary qudits. Each auxiliary qudit is coupled to a physical heat bath, realized with a microwave waveguide populated with synthesized quasithermal radiation. If the target qubit is initially fully excited, its effective temperature reaches a steady-state level of approximately 22 mK, lower than what can be achieved by existing state-of-the-art reset protocols. Our results demonstrate that superconducting circuits with propagating thermal fields can be used to experimentally explore quantum thermodynamics and apply it to quantum information-processing tasks.

1701物理及び化学
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