量子コンピュータに向けた飛躍的な技術進展(MIT engineers advance toward fault-tolerant quantum computer)

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2025-04-30 マサチューセッツ工科大学(MIT)

マサチューセッツ工科大学(MIT)の研究チームは、量子コンピュータの性能向上に不可欠な「非線形光-物質結合」の強化に成功しました。新たに開発された超伝導回路「クォートンカプラー」は、従来の約10倍の強度で光子と人工原子(量子ビット)を結合させることが可能で、量子情報の読み出しや処理を数ナノ秒で実行できる可能性があります。この成果は、量子誤り訂正の高速化や量子ビットの寿命内での演算回数の増加に寄与し、誤り耐性型量子コンピュータの実現に向けた重要な一歩とされています。研究はMITの電気工学・コンピュータ科学部門とリンカーン研究所の協力のもと行われ、成果は『Nature Communications』誌に掲載されました。

<関連情報>

超伝導回路における超強力な非線形光-物質結合 Near-ultrastrong nonlinear light-matter coupling in superconducting circuits

Yufeng Ye,Jeremy B. Kline,Alec Yen,Gregory Cunningham,Max Tan,Alicia Zang,Michael Gingras,Bethany M. Niedzielski,Hannah Stickler,Kyle Serniak,Mollie E. Schwartz & Kevin P. O’Brien
Nature Communications  Published:30 April 2025
DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-025-59152-z

量子コンピュータに向けた飛躍的な技術進展(MIT engineers advance toward fault-tolerant quantum computer)

Abstract

Light-matter interaction between an atom and an electromagnetic resonator is ubiquitous in quantum technologies. Although linear light-matter coupling gσ^x(a^+a^†) can reach the ultrastrong regime g/ω > 10−1, nonlinear light-matter coupling χ/2σ^za^†a^ is typically perturbative and limited to χ/ω < 10−2. Nonlinear coupling has the advantage of commuting with the atomic σ^z and photonic a^†a^ Hamiltonian, allowing for fundamental operations such as quantum-non-demolition measurement. Here, we use a superconducting circuit to demonstrate the experimental realization of near-ultrastrong χ/ω = (4.852 ± 0.006) × 10−2. We also show signatures of light-light nonlinear coupling (χa^†a^b^†b^) and χ/2π = 580.3 ± 0.4 MHz matter-matter nonlinear coupling (χ/4σ^z,aσ^z,b), representing the largest reported ZZ interaction between two coherent qubits. Such advances in the nonlinear coupling strength of light, matter modes enable new physical regimes and could lead to orders of magnitude faster qubit readout and gates.

1601コンピュータ工学
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