理化学研究所創発物性科学研究センターの研究者らは、シリコンベースの3量子ビット量子コンピューティング機構を実証しました。これは、特定のシステムにおける量子ビットの総数の増加にとどまらず、スケーラビリティを向上させる道を開くものです。これまで、量子ビットはエンタングルメントされたペアでのみ動作することが示されていましたが、今回の研究は、エンタングルメント（ひいては計算）が実際には3つの量子ビット間で分割可能であることを実証しました。
量子コンピューティングは、現代のトランジスタに相当する量子ビットの上に成り立っています。しかし、一般的なトランジスタは、ある時点で0か1のどちらかの値しか表現できないのに対し、量子ビットは量子物理学の重ね合わせのメカニズムを利用しており、同時に両方の状態を表現することができます。
これまで、量子コンピューティングシステムは2つの異なる量子ビットをエンタングルメント（絡み合い）させることで動作し、複雑なワークロードを解く際にそれらを連携させて動作させることができました（エンタングルメントとは、量子ビットが互いに完全に鏡像関係にあり、一方の量子ビットの状態の変化がもう一方の量子ビットにも即座に反映されることを意味します）。各量子ビットを1つのコアと考えると、今回の研究により、同期して動作できる量子ビット（「コア」）の最大数が、従来の2量子ビットから3に増加しました。理論的には、デュアルコアではなく、複数のトリプルコア量子コンピューティングシステムを構築できるようになります。
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研究者たちは、量子コンピューティングの実現手段として現在研究されている手法の一つ、すなわちシリコン/シリコン-ゲルマニウムヘテロ構造で構築され、アルミニウムゲートを介して制御される3つのシリコン量子ドットを用いた。各シリコン量子ドットは1つの電子（負に帯電した粒子）を有し、チップ上の強力な磁石に反応してスピン状態を変化させる。磁石は磁場勾配を発生させ、3つの量子ビットの共鳴周波数を分離することで、各量子ビットを個別に制御できるようにする。
これは結果の誤り訂正に重要な意味を持ちます。パーソナルコンピュータのようなチューリングマシンは、既に計算の正当性を保証する高度な誤り訂正プロトコルを内蔵しています。この誤り訂正要件は量子分野ではまだ初期段階にあるため、今回の実証は非常に重要です。研究者らのアプローチによれば、3番目の量子ビットを計算の補助として使用できるようになり、量子コンピューティングとしては驚異的な88%という状態忠実度を達成しています。
まだ初期段階にある量子コンピューティングに関連するすべてのことと同様に、ここでのキーワードはスケーラビリティであり、研究者たちは、自分たちの技術ですでに達成できると理論づけられていることを今後も探求していく予定です。
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「3量子ビットデバイスを用いて基本的なエラー訂正を実証し、10量子ビット以上のデバイスを開発する予定です」と樽茶氏は述べた。「その後、50～100量子ビットを開発し、より高度なエラー訂正プロトコルを実装することで、10年以内に大規模量子コンピュータの実現への道を切り開きます。」世界がそれを待ち望んでいる。
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。
