スピン量子ビットコヒーレンスが1万倍に増加

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ビデオ: 「 磁性体を用いた大規模化可能な超伝導量子コンピュータ 【さきがけ】」 名古屋大学 大学院工学研究科 電子工学専攻 准教授 山下 太郎 2022, 12月
スピン量子ビットコヒーレンスが1万倍に増加
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Anonim
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米国と日本の物理学者は、固体スピン量子ビットのコヒーレンス時間を数十ミリ秒に増やしました。これは、以前のスピンシステムよりも4桁長くなっています。この作品はジャーナルScienceに掲載されました。

量子コンピューターは、複雑な生物学的システムのシミュレーションから多数を素因数分解するまで、多くのタスクで従来のコンピューティングデバイスを超えることができます。量子コンピューター(キュービット)の基本オブジェクトは、微視的で非常に壊れやすいシステムです。たとえば、量子デバイスのソリッドステート実装では、スピンはキュービットとして機能します。キュービットの主な特徴は、量子状態がどれだけ長く存続するかを決定するコヒーレンス時間です。スピンシステムでは、コヒーレンス時間は数マイクロ秒に達しますが、残念ながら、大きくて興味深い計算を実行するには十分ではありません。

デイビッド・D・オーシャロム教授が率いる日米の科学者グループは、スピン量子ビットのコヒーレンスを数十ミリ秒まで維持する方法を開発しました。これは、以前の実験の10,000倍です。

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アメリカのAvshalom教授のグループ。

通常、コヒーレンス時間を長くするために、科学者は量子システムを分離して外部ノイズを除去しようとします。ただし、システムを完全に分離することは不可能です。システムを制御し、他のシステムと混同して読み取る必要があります。これにより、必然的にノイズが発生し、コヒーレンスが低下します。

Avshalom教授のグループは、別の方法を選択しました。物理学者は、スピンを分離する代わりに、量子システムを外部ノイズに対する感度がはるかに低くなる状態にしました。これを行うために、科学者はスピンに交流磁場を適用しました。これにより、スピンがすばやく回転し、それによって、ノイズの主な原因である熱およびフラックスの変動に対する感度が低下しました。古典的なアナログとして、あなたは非常に騒々しく、叫んでいる人々がいる会社のカルーセルにいる自分を想像することができます。カルーセルが静止している場合は、悲鳴がはっきりと聞こえますが、カルーセルがすばやく回転し始めると、悲鳴がぼやけ、ノイズが少なくなります。

その結果、物理学者は、磁場がオンのときは22ミリ秒のコヒーレンス時間を達成しましたが、磁場がオフのときはわずか数マイクロ秒でした。

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量子ビット振動の減衰時間は、フィールドがオンのときは22ミリ秒で、オフのときはわずか数マイクロ秒でした。

興味深いことに、この方法はスピン量子ビットだけでなく、超伝導システムやダイヤモンド欠陥の量子ビットにも適用できます。

以前、科学者がスピン量子ビットを1ケルビンを超える温度で動作させる方法を書きました。そして最近、物理学者は初めて量子ドットのスピン量子ビットの非破壊的な高Q測定を実行しました。量子ビットと量子コンピューターの詳細については、資料「QuantumABC」をご覧ください。

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