JSTなど、シリコン量子ドット構造で超高精度量子ビットを実現

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量子ドット素子(概念図)

科学技術振興機構は2017年12月19日、理化学研究所、東京大学らと共同で、シリコン量子ドットにおいて、高精度の量子演算が可能な電子スピン量子ビット素子を開発したと発表した。

量子コンピューターは次世代コンピューターの候補として近年注目されており、開発競争が進んでいる。量子コンピューターにおける情報単位である量子ビットの実装には、超伝導回路や光子、原子、イオンなどを用いた研究が行われているが、その中でも量子ドット(電子が3次元全ての方向に対して閉じ込められた構造)中の電子スピンが、集積化の観点から産業に応用する上で特に着目されている。

また、量子コンピューターの実用化には、量子ビットの演算速度と情報保持時間の両立が高い水準で求められるが、従来両者はトレードオフの関係にあり、同一試料でそれらを両立させた例が現在までなかった。

今回の研究では、原子核にスピンのないシリコン同位体を分離することで磁気的雑音を極小まで抑えた同位体制御シリコン基板を用いて量子ドット素子を作製。さらに特殊な形状の微小磁石による高速スピン操作を組み合わせることで、従来の量子ビットと比較して約100倍の演算速度と約10倍の情報保持時間を達成した。同機構によるとシリコン量子ドットにおいては世界最高水準の演算精度になるという。

同研究は、産業集積化に適したシリコンナノ構造における超高性能電子スピン量子ビットの実装方法を確立するもので、今後はこれを用いたシリコン量子コンピューター開発の加速が見込まれるという。

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