半導体量子ビットの高精度読み出し法を開発

• 半導体量子コンピュータの実現に向けて、半導体スピン量子ビットの高精度読み出しが必要。
• 従来の読み出し法を改良し、世界最高精度に匹敵する高精度読み出しを実現。
• 既存の方法では精度低下が予想される大規模量子ビット配列においても高精度読み出しに期待。

　量子力学に基づいて計算を行う量子コンピュータが、スーパーコンピュータを凌ぐ計算能力を実現する次世代の情報処理技術として注目されています。現在、様々なハードウェア候補が研究されており、その有力候補の一つが、微小な半導体（量子ドット）に閉じ込められた電子スピン量子ビットです。現在、スピン量子ビットの高精度制御と高精度読み出し、さらに量子ドット集積化など、基盤技術の開発が急速に進められています。これまで、スピン量子ビットの読み出しについては、スピン情報を電荷情報に変換し、量子ドット近傍に設置した電荷計を用いて検出する方法が実現しています。
　九州大学大学院システム情報科学研究院の木山治樹准教授、大阪大学産業科学研究所の大岩顕教授の研究グループは、量子ビット性能によらず読み出しエラーを大幅に低減可能な新たなスピン量子ビット読み出し法を考案し、これまでの世界最高精度に匹敵する高精度読み出しを実現しました。さらにこれまで、スピン量子ビットの読み出しは大規模配列においても有用な高精度読み出し法の開発が課題でした。今回研究グループが発表した手法は、大規模配列においても高精度を維持することが予想されています。今回の成果をもとに、半導体スピン量子ビット大規模配列の研究開発の促進が期待され、大規模半導体量子コンピュータの実現に向けた進展が期待されます。
　本研究成果は、ネイチャー・パブリッシング・グループの科学雑誌「npj Quantum Information」に、日本時間2024年10月3日（木）午後６時（英国時間2024年10月3日（木）午前10時）にオンライン公開されました。

掲載誌：npj Quantum Information
タイトル：High-fidelity spin readout via the double latching mechanism
著者名：Haruki Kiyama*, Danny van Hien, Arne Ludwig, Andreas D. Wieck, and Akira Oiwa
DOI：10.1038/s41534-024-00882-1

• 本件の詳細についてはこちら

システム情報科学研究院　木山治樹　准教授