アルゴンヌ国立研究所とノートルダム大学の研究者たちが、Nature Electronics誌に新しい量子ビットプラットフォームの体系的なノイズ特性評価を発表しました。このアーキテクチャは、化学的に純粋な環境を提供する不活性希ガスである凍結ネオンの表面に捕捉された単一電子を利用しています。超伝導共振器を通じてマイクロ波パルス列を送り電子の運動を調査することで、研究チームは従来の半導体量子ビットで見られるレベルの10倍から10,000倍低いノイズレベルを測定しました。この研究により、このプラットフォームの環境的な静穏性が最高性能の超伝導記録に匹敵することが確認され、チップベースの量子ビットに共通する材料欠陥や製造ばらつきの問題に対処しています。
ネオン上電子プラットフォームは、標準的な半導体または超伝導方式からの転換を表しています。量子ビットは、フィラメントから固体ネオン表面に電子を噴射し、特殊な電極で単一電子を捕捉することで形成されます。量子ビットの計算状態は電子の空間運動によって定義されます。2024年の以前の研究では、0.1ミリ秒のコヒーレンス時間と高いゲート忠実度が実証されました。この最新の研究では、量子ビットが干渉に最も強い点である「スイートスポット」の外側の周波数を意図的に調査し、迷走電子や表面の不均一性などの特定のノイズ源を分離・特定しました。これらはチームが将来の反復で軽減を目指しているものです。
このプラットフォームの製造プロセスは、ネオン表面の自己組織化の性質と自由電子の利用可能性により、従来の製造方法よりも大幅に簡素化されています。ノイズ削減に加えて、このプラットフォームのスケーラビリティは、超伝導回路で使用されている既存のマイクロ波共振器技術との互換性によってサポートされています。この研究は米国エネルギー省の支援を受け、シカゴ大学、ハーバード大学、ノースイースタン大学の協力者が参加しました。チームは現在、大規模量子情報処理のためにコヒーレンス時間をさらに延長するため、ネオン表面の一貫性の最適化に注力しています。
ネオン上電子のノイズ特性評価に関する公式レポートや、プラットフォームの2024年性能ベンチマークの詳細な技術仕様についての情報が公開されています。
2026年5月2日
