量子工学の先駆者であるDiraqは、査読済み論文「300mm SiMOS ファウンドリ製造デバイスにおける8量子ビット動作」をNature Communicationsに発表し、シリコンベースの固体量子アーキテクチャにおける検証マイルストーンを発表した。ヨーロッパのナノエレクトロニクス拠点imecとの直接的な協力により、研究チームはシリコンスピン量子ビットの線形アレイを2量子ビットユニットセルから統合8量子ビットプロセッサへのスケーリングに成功した。重要なことに、この多量子ビットデバイスは、商用の業界標準300mmシリコン金属酸化物半導体(SiMOS)ファウンドリラインで完全に製造され、基本的な量子コヒーレンスやゲート動作制御を犠牲にすることなく、高度に均一な量子ビットグレードの量子ドット構成を量産で再現できることを実証した。
物理デバイスは、静電的に定義された量子ドット内に閉じ込められた電子スピンを有効なスピン1/2系として利用している。層スタックは、周囲の核スピンによる位相緩和を排除するため、残留29Si濃度をわずか400ppmに同位体精製したエピタキシャル成長シリコン基板上に製造されている。従来のアルミニウムゲートの代わりに、90nmの狭いゲートピッチでパターニングされた3層重複多結晶シリコンゲートスタックを使用して量子ドットを形成し、重要なSi/SiO2界面における低温格子歪みを大幅に低減している。
キャリブレーションと調整を簡素化するため、8ドット線形アレイは、独立したプランジャー(Pi)およびバリア(Ji)電極の下に配置された、二重量子ドット(DQD)あたり2量子ビットの4つのモジュール式ユニットセルに分割されている。単電子トランジスタ(SET)はチェーンの両端のみに微細加工され、内部コアは重い配線から解放されている。個々の量子ビットのアドレス可能性は、Δg=2.17×10−3の分布にわたる電子g因子の小さな変動によって維持される。この空間的変動により、チタン窒化物(TiN)マイクロ波ストリップラインアンテナによって駆動される均一な面外磁場(B1)が、面内静的DCゼーマン磁場B0=0.5T内で約14GHzの精密な共鳴電子スピン共鳴(ESR)周波数を介してターゲット単一量子ビットゲート(Xπ/2)をトリガーできる。
8量子ビット拡張における主要な工学的成果は、中央の4つの量子ビット(P3からP6)を測定するためのカスケード電荷センシングプロトコルの検証に成功したことである。希釈冷凍機内のデバイスの物理的フットプリントと熱負荷を増加させる追加のリソグラフィ読み出しラインを配線する代わりに、中央のペアはパウリスピンブロッケード(PSB)を利用して隣接する横方向サブシステムを通じて電子カスケードをトリガーする。ターゲットとなるスピンペアが遷移すると、隣接するドット間で局所的な逐次電荷移動が促され、端末エッジドットの静電気が変化する。これらの変化は端末SETによって高い信号対雑音比(SNR)で即座に捕捉され、制御線の持続不可能な増加を必要とせずに効率的にスケールする非常にコンパクトな読み出しアーキテクチャを検証している。
アレイを2つから8つの物理量子ドットに拡張しても、コア性能指標に系統的な劣化は見られず、ファウンドリスケールライン全体でのデバイス変動に関する長年の懸念が解決された。処理された量子ビットは優れたコヒーレンス値を示した:
- Ramsey Dephasing Times (T2*): アレイ全体で最大41±2 μsを記録（安定したアンサンブル平均は21±9 μs）。
- Hahn-Echo Coherence Times (T2Hahn): 最大1.31±0.04 msに到達（平均0.7±0.4 msを維持）し、精密な学術用クリーンルームの値と同等またはそれを上回る。
さらに、チームはバリアゲートJ1を介した矩形ベースバンド電圧パルスによる制御交換操作(CZゲート)を実証することで、コヒーレントな最近接結合を検証し、33.69±0.01 dec/Vの指数的立ち上がりパラメータをマッピングした。
創業者兼CEOのAndrew Dzurakが率いるDiraqは、この多量子ビットマイルストーンを商用製品タイムラインの基盤として活用している。SiMOS量子ドットのフットプリントは標準的な古典トランジスタとほぼ同じサイズであるため、理論的には数百万の量子ビットを単一のコンパクトなシリコンチップに搭載できる。この高密度スケーリング特性により、Diraqは超伝導ループやイオントラップ真空チャンバーが必要とする大規模な物理インフラストラクチャのフットプリントを回避できる。同社の現行ロードマップは、これらの線形構成を2次元アレイにスケーリングし、短期的には数百の量子ビットに移行し、長期戦略として2029年までに数千の量子ビット、2031年までに100万以上の量子ビットを提供することを目指している。
公式の企業マイルストーン開示、技術タイミングデータ、および将来を見据えたシステム統合ロードマップを確認できる。基礎となる物理的証明、多量子ビット動作データセット、および完全なオープンアクセス学術論文は、Nature Communicationsで直接確認できる。
2026年7月9日
