筑波大学など,ダイヤモンドを用いて量子コンピュータの実現に不可欠な量子エラー訂正に成功

筑波大学・名誉教授の磯谷順一氏,日本原子力研究開発機構(JAEA)量子ビーム応用研究部門半導体耐放射線性研究グループ・リーダの大島武氏ら研究グループは,ドイツとの共同研究により,室温での固体量子ビットの量子エラー訂正に世界で初めて成功した。

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ダイヤモンド中のNVセンターの構造とエネルギー準位

ダイヤモンド中のカラーセンターの1つであるNVセンターの単一欠陥(単一分子に相当)を用いて,電子スピン1個と核スピン3個からなるハイブリッド量子レジスタを作成。これを用いて,室温動作の固体スピン量子ビットでは世界で初めてとする,量子エラー訂正のプロトコルの実証に成功した。

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ダイヤモンドの電子線照射・熱処理によるNVセンター作製
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ダイヤモンド中のNVセンターを用いた量子情報保持時間の長い核スピンと高速な量子操作・光による読み出しが可能な電子スピンを組み合わせたハイブリッド量子レジスタ
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長い量子情報保持時間をもつ核スピンと高速・正確な量子操作をする電子スピンを組み合わせたハイブリッド量子レジスタをユニットにした大規模化・量子情報ネットワーク化

これは,量子情報デバイス,量子コンピューティングに必須の量子エラー訂正における大きなブレークスルーとしている。この成果により,量子中継器など,実用的な固体量子情報デバイス開発,量子コンピュータの実現に向けて大きく前進したという。

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