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シリコン量子ビットのブレークスルーとフォトニクスが量子インターネットを加速

サイモンフレーザー大学の研究者たちは、量子インターネットを加速させる光子バネをついに発見したかもしれない。Natureに掲載された論文で、研究者たちはシリコン量子ビットが相互に「光子リンク」を生成できる新たな能力を実証した。さらに、この光子能力は、既に社会の相当な(しかしまだ十分ではない)部分でデータ伝送を行っている既存の光ファイバーインフラと容易に統合できる可能性がある。これは量子インターネットの導入にかかる莫大なコスト削減をもたらすことは間違いない。そして周知の通り、コストは(ほとんどの場合)最も重要な要素である。

著者らの論文は、特定の種類の量子ビットに関する観察結果を記述している。「T中心」光子スピン量子ビットは、シリコン(より具体的にはCPU製造技術でも研究されているInGaAs(インジウムガリウムヒ素))の特定の発光欠陥を利用する量子ビットの一種である。シリコン量子ビットは既に驚異的なコヒーレンス時間を示している。これは、量子ビットが外部干渉に対してどれほど耐性があるかを示すもので、干渉を受けると量子ビットは崩壊し、その過程で情報を失い、目の前のワークロードに使用できなくなる。

「この研究は、単一のT中心を単独で測定した初めての研究であり、実際、シリコン内の単一スピンを光学測定のみで測定した初めての研究である」と、シリコン量子技術のカナダ研究委員長、ステファニー・シモンズ氏は述べた。  

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レンダリングとマテリアル
シリコンにおける初の全光単一スピン測定に使用された集積フォトニックデバイスアレイ。数万個が単一のシリコンフォトニックチップ上に作製された。(画像クレジット: Photonic)

市場に出回っている量子ビットソリューションの中には、Quantum Brilliance社のダイヤモンドベース量子ビットのように、個々の量子処理ユニット(QPU)間のスケーリングを可能にするためにフォトニクス技術を既に活用しているものがあります。しかし、補完的なシステムと結合しなければフォトニクス技術を介して情報を送信する能力を本来備えていないものもあります。これは量子情報チェーンに新たな段階を追加し、環境の変化に対して不安定な技術に変数を導入することになります。両方の技術を組み合わせるコストも考慮すべき要素です。

一方、「Tセンター」光子スピン量子ビットは、既に光に基づく現象から生まれています。さらに、今日の光ファイバー通信や通信ネットワーク機器で使用されているのと同じ波長で光を放射しながら、99%以上の忠実度を維持しています。

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「Tセンターを使えば、他のプロセッサと本質的に通信する量子プロセッサを構築できます」とシモンズ氏は語る。「シリコン量子ビットがデータセンターや光ファイバーネットワークで使用されているのと同じ帯域で光子(光)を放出することで通信できるようになると、量子コンピューティングに必要な数百万個の量子ビットを接続する際にも同じメリットが得られます。」

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押し出しモザイク上のシリコンスピンに関する実験データの視覚化。(画像提供:Photonic)

シリコンベースの量子ビットには、もう一つ固有の利点があります。それは製造性です。テクノロジー業界はすでに数十年にわたってシリコンベースのトランジスタを製造しており、今やシリコンの製造においてさえ量子効果を考慮しなければならない段階に達しています。その結果、量子産業とシリコン産業が融合し、規模の経済、そして重要なコストメリットをもたらすことが期待されます。このセクターは、2030年までに4,5310.4億ドルという巨額の価値を持つと予想されています。

「シリコン上に量子コンピューティング プロセッサ を作成する方法を見つけることで 、量子コンピュータ製造のための全く新しい産業を創出するのではなく、従来のコンピュータ製造に用いられてきた長年の開発、知識、そしてインフラをすべて活用できる」とシモンズ氏は結論付けた。「これは、量子コンピュータをめぐる国際的な競争において、ほぼ克服できない競争上の優位性を意味する。」

そして実際、それはそうなるかもしれません。

Francisco Pires 氏は、Tom's Hardware のフリーランス ニュース ライターであり、量子コンピューティングに関心を持っています。