QphoX、Rigetti Computing、Qbloxによる共同研究が、Nature Physicsに掲載され、マイクロ波-光変換器を使用した超伝導量子ビットの光学的読み出しに成功したことを実証しました。この画期的な成果は、大型の同軸ケーブルをコンパクトで発熱の少ない光ファイバーに置き換えることで、大規模な量子プロセッサの運用を可能にし、量子コンピューティングにおけるスケーラビリティの重要な課題を解決するものです。
主要な量子コンピューティングプラットフォームである超伝導量子ビットは、極低温環境と大規模なマイクロ波配線を必要とし、これがスケーラビリティを制限していました。QphoXのピエゾ光機械変換器は、量子ビットからのマイクロ波信号を赤外光に変換し、熱負荷を最小限に抑えて光ファイバーを通じて伝送します。研究では、変換器が熱ノイズや散乱光子による量子コヒーレンスの損失から保護しながら、量子ビットの状態を正確に測定できることを確認しました。研究チームは、破壊的読み出し技術を用いて81%のシングルショット読み出し忠実度を達成しました。チームは、この技術の開発努力を継続しており、今後数年間で大幅な改善と画期的な性能を達成することを期待しています。
「この実証は、光学変換器が超伝導量子ビットとのインターフェースとして準備が整っていることを示し、スケーラブルな量子コンピューティングへの道を開くものです」とQphoXの量子エンジニアで筆頭著者のティエリー・ファン・ティエル博士は述べています。この共同研究は、数百万の量子ビットを持つ耐障害性量子システムをサポートする光学的読み出しの可能性を示しています。
背景
超伝導量子ビットは、絶対零度に近い極低温環境で動作します。この低温維持には多くの冷却装置が必要であり、従来のマイクロ波配線である同軸ケーブルは熱を伝えやすいため、冷却負荷が増大する課題がありました。本研究で用いられる「ピエゾ光機械変換器」は、量子ビットから出力されるマイクロ波信号を赤外光に変換する装置です。これにより、熱をあまり通さない光ファイバーで信号を伝送でき、極低温環境への熱侵入を抑えつつ、大規模な量子プロセッサへの接続を可能にします。
また、「シングルショット読み出し忠実度」は、量子ビットの状態を一度の測定で正しく判別できる精度を示す指標です。本研究では81%を達成しましたが、量子計算には高い精度が求められるため、さらなる向上が期待されています。これにより、将来の耐障害性量子システムの構築に向けた基盤技術として、光学読み出しの実用性が示されました。
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2025年2月13日