量子イオントラップ研究向け低雑音クライオ真空チャンバーを開発（New Cryogenic Vacuum Chamber Cuts Noise for Quantum Ion Trapping）

2026-01-21 ジョージア工科大学（Georgia Tech）

米ジョージア工科大学（Georgia Tech）の研究チームは、量子イオントラップ実験におけるノイズを大幅に低減する新型極低温真空チャンバーを開発した。量子コンピューティングでは、捕捉されたイオンの安定性とコヒーレンス維持が性能向上の鍵となるが、従来の装置では電気的・熱的ノイズが精密制御の妨げとなっていた。新チャンバーは極低温環境と高真空を組み合わせることで、電場揺らぎや外部振動の影響を抑制し、イオンの加熱率を顕著に低下させることに成功した。これにより、量子状態の保持時間が延び、より高精度な量子操作が可能となる。研究成果は、スケーラブルな量子コンピュータ実現に向けた基盤技術として注目されており、将来の量子情報処理や高感度量子計測への応用が期待される。

GTRI Research Scientist Darian Hartsell makes adjustments to an improved cryogenic vacuum chamber that helps reduce some common noise sources by isolating ions from vibrations and shielding them from magnetic field fluctuations. (Credit: Sean McNeil, GTRI)

＜関連情報＞

イオントラッピング実験用極低温真空チャンバーの設計と特性評価
Design and characterization of a cryogenic vacuum chamber for ion trapping experiments

D. M. Hartsell;J. M. Gray;C. M. Shappert;N. L. Gostin;R. A. McGill;H. N. Tinkey;C. R. Clark;K. R. Brown
Applied Physics Letters Published:January 20 2026
DOI:https://doi.org/10.1063/5.0304948

We present the design and characterization of a cryogenic vacuum chamber incorporating mechanical isolation from vibrations, a high numerical-aperture in-vacuum imaging objective, in-vacuum magnetic shielding, and an antenna for global radio frequency manipulation of trapped ions. The cold shield near 4 K is mechanically referenced to an underlying optical table via thermally insulating supports and exhibits root mean square vibrations less than 7.61(4) nm. Using the in-vacuum objective, we can detect 397 nm photons from a trapped ⁴⁰Ca⁺ ion with 1.77% efficiency and achieve 99.9963(4)% single-shot state-detection fidelity in 50 μs. To characterize the efficacy of the magnetic shields, we perform Ramsey experiments on the ground-state qubit and obtain a coherence time of 24(2) ms, which extends to 0.25(1) s with a single spin-echo pulse. XY4 and XY32 dynamical decoupling sequences driven via the radio frequency antenna extend the coherence to 0.72(2) and 0.81(3) s, respectively.