シリコンで 6 量子ビット量子プロセッサを制御 (Full control of a six-qubit quantum processor in silicon)

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2022-09-28 オランダ・デルフト工科大学(TU Delft)

figure 1

・ TU Delft とオランダ応用科学研究機構(TNO)の協働でスケーラブルな量子コンピューターのプロトタ
イプ開発を進める QuTech が、シリコンチップ上の 6 量子ビット(qubits)リニア量子ドットアレイを開発。
・ これまでに品質を損なわずにシリコンを使用して作製できているのは、最高で 3qubits のアレイ。本
研究では、シリコンの qubits 数の制限に対処し、初期化、読出し、単一量子ビットゲート・2 量子ビットのそれぞれで高い忠実度を達成した。
・ チップの新設計、自動化した較正と量子ビットの初期化・読み出しの新方法により、低い誤り率での
量子ビットの操作を可能にした。シリコンによるフォールト・トレラント(誤り耐性のある)量子コンピューター開発への重要な進展となる。
・ 電子のスピンは高感度のため、電磁環境の微小な変化がスピン方向に影響して誤り率が上昇する。qubits の新しい配置方法により、ロジックゲートの作製と 2~3 個の電子のもつれ状態のオンデマ
ンド生成を実証した。
・ 90nm 間隔に並ぶ 6 個の量子ドットのリニアアレイに電子を配置して qubits を作製。微調整したマイクロ波、磁場と電位を用い、各電子のスピンの制御・測定と相互作用を実証した。
・ 量子コンピューティングの現在の課題は、優れた品質の qubits 設計と qubits の大規模なシステム構築を可能にするアーキテクチャの開発。本研究は前者の課題の解決に貢献するもの。
・ 超電導 qubits では 50qubits を超える量子アレイが開発されているが、世界に展開されるシリコン半導体の既存インフラにより、研究開発から産業へのシリコン量子デバイスのスムーズな移行が期待されている。
URL: https://qutech.nl/2022/09/28/full-control-of-a-six-qubit-quantum-processor-in-silicon/

<NEDO海外技術情報より>

関連情報

Nature 掲載論文(フルテキスト)
Universal control of a six-qubit quantum processor in silicon
URL: https://www.nature.com/articles/s41586-022-05117-x

Abstract

Future quantum computers capable of solving relevant problems will require a large number of qubits that can be operated reliably1. However, the requirements of having a large qubit count and operating with high fidelity are typically conflicting. Spins in semiconductor quantum dots show long-term promise2,3 but demonstrations so far use between one and four qubits and typically optimize the fidelity of either single- or two-qubit operations, or initialization and readout4,5,6,7,8,9,10,11. Here, we increase the number of qubits and simultaneously achieve respectable fidelities for universal operation, state preparation and measurement. We design, fabricate and operate a six-qubit processor with a focus on careful Hamiltonian engineering, on a high level of abstraction to program the quantum circuits, and on efficient background calibration, all of which are essential to achieve high fidelities on this extended system. State preparation combines initialization by measurement and real-time feedback with quantum-non-demolition measurements. These advances will enable testing of increasingly meaningful quantum protocols and constitute a major stepping stone towards large-scale quantum computers.

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