サウスウェールズ大学（UNSW）の科学者チームは、シリコンベースの量子コンピュータ構築において新たな大きなマイルストーンを達成しました。チームは初めて、単一のリン原子からシリコン上に量子ビットを構築し、これらの原子は相互に通信・相関することが可能です。この成果により、チームは量子コンピュータの構成要素である2量子ビット論理ゲートの構築が可能になります。これにより、高性能なシリコンベースの量子コンピュータの構築が可能になります。
量子もつれ
量子もつれとは、ある粒子が別の粒子と通信し、その状態に影響を与える現象です。ニューサウスウェールズ大学のこのプロジェクトの責任者であり、量子コンピューティングに関する研究で昨年の「オーストラリアン・オブ・ザ・イヤー」にも選ばれたミシェル・シモンズ氏は、量子もつれが量子コンピュータの開発に不可欠だと考えています。
彼女のチームは、シリコン内で単一原子の量子ビットをエンタングルメントすることに成功した初の研究チームであり、これにより量子ビットは高い忠実度を実現した。シモンズ氏によると、量子ビットを小さくすればするほど、量子ビット演算の精度は向上するという。
この研究のために、シモンズ氏のチームは2つの量子ビット（1つは2つのリン原子、もう1つは1つのリン原子）を16nm間隔で配置しました。量子論によれば、量子ビット間のエンタングルメントを観測するには、最大でも20nmの間隔が必要です。しかし、シモンズ氏のチームは、わずか16nmの間隔で2つの量子ビット間のエンタングルメントを実現しました。
シリコンベースの量子コンピューティングを可能にする新たな進歩
ムーアの法則がまだ終焉を迎えていないのは幸運だ。シモンズ氏のチームが既に示しているように、シリコンベースの量子コンピューターはプロセスの微細化から恩恵を受けているようだ。チームがシリコンを選んだのは、コンピューターチップの製造に最も一般的に使用される材料であるだけでなく、量子ビットにとって非常に安定した環境であるという理由もある。
UNSWとインド科学研究所の共同研究プロジェクトでは、量子電気回路を2～10nmのサイズで構築でき、量子ビットの状態に干渉する可能性のある電気ノイズを大幅に低減できることも示されました。
シモンズ氏は次のように指摘した。
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私たちの研究結果により、シリコンは最適な選択であることが確認されました。シリコンを使用すると、誘電体や表面金属など、電気ノイズの発生源となり、それを増幅する可能性のあるさまざまな材料が混在するという、他のほとんどのデバイスが直面する問題が回避されるからです。私たちの精密なアプローチにより、シリコンの電子ナノデバイスで可能な限り最も低い電気ノイズ レベルを実現しました。これは、カーボンナノチューブを使用する場合よりも 3 桁低いレベルです。
シモンズ氏のチームは最近発表された別の論文で、シリコン内に埋め込まれた高精度量子ビットを30秒という記録的な寿命に設計できることを示しました。これは、これまでの報告の16倍に相当します。量子ビットのスピンアップからスピンダウンまでの寿命が長ければ長いほど、量子状態で情報を保存できる期間が長くなります。
この長い寿命により、研究者たちは2つの量子ビットの電子スピンを99.8%の精度で連続的に読み出すことに成功しました。これは、Googleが最近発表した72量子ビットの量子コンピュータの99%の精度よりも優れているように見えます。ニューサウスウェールズ大学の研究チームは、量子コンピュータにおける実用的なエラー訂正には99.8%の精度が必要であると考えています。
シリコン量子コンピュータの商用化
以前の発表で、UNSWの量子コンピューティング研究者は、より強力で実用的なシリコンベースの量子コンピュータの実証デバイスおよび前身として、2022年までに7nmで10量子ビットの「量子チップモジュール」を構築する計画であると述べていました。
昨年、オーストラリア政府、ニューサウスウェールズ大学（UNSW）、その他企業からの投資を受け、オーストラリア初の量子コンピューティング企業であるSilicon Quantum Computing Pty Ltdが設立されました。同社の目標は、シリコン量子コンピュータの実現です。
オーストラリア政府は、量子コンピューティングの応用分野としてソフトウェア設計、機械学習、スケジュール管理および物流計画、財務分析、株式市場モデリング、ソフトウェアおよびハードウェア検証、気候モデリング、迅速な医薬品設計および試験、疾病の早期発見および予防などがあり、将来的には同国の経済の40%が量子コンピューティングの影響を受ける可能性があると考えています。
ルシアン・アルマスは、Tom's Hardware USの寄稿ライターです。ソフトウェア関連のニュースやプライバシーとセキュリティに関する問題を取り上げています。
