音波を用いて量子コヒーレンスを実証(Qubits ‘Dressed’ For Success)

2026-08-25 ハーバード大学

ハーバード大学工学・応用科学大学院(SEAS)の研究チームは、ダイヤモンド中のシリコン空孔(SiV)を利用した量子ビットについて、音波(フォノン)だけで量子コヒーレンスを保護・延長する手法を実証した。従来、量子ビットを環境ノイズから守るにはマイクロ波パルスなどが用いられてきたが、フォノニックキャビティに収容された量子ビットには適用が難しかった。研究チームは、連続的な機械振動場をSiVの電子スピンに作用させ、「ドレスト量子ビット」と呼ばれる状態を形成。これにより低周波ノイズへの感度を低減し、スピンのコヒーレンス時間を従来の約3倍に延長した。フォノンは量子情報の伝送と量子状態の保護を同時に担えるうえ、光より波長が短く、チップ上への高密度集積にも適している。成果は、音波を情報媒体とする小型量子ネットワークや、異なる種類の量子ビットを組み合わせるハイブリッド量子システムの実現につながる可能性がある。

<関連情報>

スピン量子ビットの完全機械式コヒーレンス保護と高速制御 All-mechanical coherence protection and fast control of a spin qubit

Eliza Cornell,Zhujing Xu,Zhaoyou Wang,Hana K. Warner,Eliana Mann,Michael Haas,Smarak Maity,Graham Joe,Liang Jiang,Peter Rabl,Benjamin Pingault & Marko Lončar
Nature Physics  Published:15 July 2026
DOI:https://doi.org/10.1038/s41567-026-03369-2

音波を用いて量子コヒーレンスを実証(Qubits ‘Dressed’ For Success)

Abstract

In a phononic quantum network, quantum information is stored and processed within stationary nodes defined by solid-state spins, and phonons carry the information between nodes. Phonons have a number of benefits in comparison to photons, including smaller device footprints, reduced crosstalk, long cavity lifetimes at low temperatures and coupling to both solid-state spins and electromagnetic waves. Previous results on multiple platforms have demonstrated enhanced interactions between a phononic cavity and a stationary qubit. However an outstanding issue is the compatibility between the spin’s coupling to the resonant phononic cavity and the simultaneous use of pulse sequences to suppress low-frequency environmental noise. Here we demonstrate all-mechanical coherence protection of a silicon–vacancy spin in diamond. Optical initialization, quantum operations and readout are performed in a dressed basis, which is protected from low-frequency noise and compatible with a phononic cavity. We additionally show a Rabi frequency reaching 800 MHz, which enables ultrafast quantum control. Our results establish a basis for high-fidelity, phonon-mediated quantum gates and represent a crucial advance towards robust on-chip quantum phononic networks.

0403電子応用
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