主要成果
理化学研究所（RIKEN）共創研究センターなどの共同研究チームは、複数のシリコンスピン量子ビットを同時に制御しても高い精度を維持できることを実証した。研究チームは、共有のマイクロ波制御線に接続された5つの量子ビットアレイを用いて実験を行い、同時動作時に発生するエラーの主要因を特定し、それを低減する手法を開発した。その結果、単一量子ビットゲートのフィデリティは個別にテストした場合で99.99%を大きく上回り、最高で99.999%に達した。また、最大3つの量子ビットを同時に動作させた場合でも99.99%以上のフィデリティを維持し、5つすべてを同時に制御した際でも約99.9%という、実用的なフォールトトレラント（耐故障性）量子計算に必要なレベルに近い精度を達成した。
技術・詳細
シリコンスピン量子ビットは、シリコン内に閉じ込められた個々の電子のスピンを利用して情報を保存する。この制御にはマイクロ波信号が用いられるが、複数の量子ビットを同時に操作すると、精度を妨げる不要な影響が生じる。研究チームはこの問題の主因が「AC Stark shift（ACシュタルクシフト）」という現象にあることを突き止めた。これは、マイクロ波制御信号が量子ビットの実効的なエネルギー準位を変化させ、量子状態の位相に変動を与える現象であり、特に複数ビットを同時に制御する際に個々の量子ビットの動作を乱す原因となる。
この問題に対処するため、チームは不要な位相シフトを補正するキャリブレーション（校正）手法を開発した。特筆すべきは、考えられるすべての量子ビットの組み合わせを個別に校正するのではなく、量子ビット間のペア（2つずつの組み合わせ）による校正結果を利用して補正を行う点にある。このアプローチにより、量子ビット数が増加したシステムにおいても実用的な運用が可能となる。
背景・業界の文脈
シリコンスピン量子ビットは、現在のコンピュータチップ製造に用いられている半導体製造プロセスをそのまま利用できるため、将来の量子コンピューティングにおいて重要な役割を果たすと期待されている。しかし、実用的な大規模量子コンピュータを構築するには、エラーを最小限に抑えながら多数の量子ビットを同時に制御しなければならない。従来の設計では、各量子ビットに独立した制御システムを割り当てる必要があったが、それではデバイスの複雑化が進み、管理が困難になるという課題があった。
今後の展望
今回の研究により、共有制御線を用いても精度を大幅に犠牲にすることなく複数の量子ビットを制御できることが示された。これにより、共有制御線を通じた量子プロセッサのスケーリング（規模拡大）に向けた現実的な道筋が示されたことになる。一方で、今回の手法で位相シフトは抑制できたものの、複数ビットの同時動作に必要となるマイクロ波電力の増大に伴う「ドライブ誘起デコヒーレンス（drive-induced decoherence）」による精度低下が依然として残っていることが判明した。研究チームは、今後のデバイス設計の改善によってこのエラー源を軽減できると考えており、最終的な目標であるフォールトトレラント量子コンピュータの実現を目指している。
元記事: https://www.sciencedaily.com/releases/2026/10/261024222024.htm
毎週の技術動向レポートを無料でお届け
各分野の分析レポートを読む価値があるかどうか一目で判断できるインフォグラフィックをメールで受け取れます。
📢 メールマガジンに無料登録（週刊・技術動向レポート）
ご登録いただくと、Troy-Technical から週刊で技術動向レポート（メールマガジン）をお届けします。
- 取得したメールアドレス・選択分野は配信目的にのみ使用します。
- 第三者へ提供することはありません。
- 配信はいつでも解除できます（各メール下部のリンクから）。
詳しくはプライバシーポリシーをご覧ください。
登録は1分・いつでも解除できます
