Alice & BobとENS Lyon、多光子猫量子ビット散逸のためのDCバイアスSQUIDアーキテクチャを実証

2026年10月1日・2分間の読了

フォールトトレラント量子ハードウェア開発企業であるAlice & Bobは、リヨン高等師範学校（ENS Lyon）の研究者らとの共同研究により、猫量子ビットの安定化のための多光子散逸を設計する直流（DC）電圧バイアス型SQUIDカプラを実証した実験結果を発表しました。この物理的アーキテクチャは、従来のマイクロ波パラメトリックポンプ駆動をマイクロボルト規模のDC電圧バイアスに置き換え、駆動誘起性の寄生カー非線形性を排除するとともに、超伝導ボソニック符号のためのスケーラブルな制御機構を提供します。

標準的な猫量子ビット実装では、メモリキャビティから損失性バッファモードへの光子対の除去のために、強力なマイクロ波ポンプトーンを用いて連続的な二光子散逸を活性化します。しかし、高出力マイクロ波ポンプは、量子状態の忠実度を低下させる不要な自己カーおよび交差カー非線形周波数シフトを誘起します。ジョセフソン接合SQUIDに安定したDC電圧バイアスを印加することにより、トンネルするクーパー対はメモリ光子状態とバッファ光子状態のエネルギー差に一致する離散エネルギー（2eV）を交換します。ジョセフソン周波数が連続的に回転するため、一次の寄生カー項とフラックス離調は動的に平均化されます。

実験セットアップは、高Q値メモリ導波路共振器（4.0429 GHz）を、フラックス同調可能なSQUIDを介して損失性バッファ共振器（7.56 GHz）に結合します。DC電圧バイアスを調整することにより、チームは1対1、2対1、および4対1の光子変換プロセスの選択的活性化を実証しました。ウィグナー状態トモグラフィーにより決定的な光子対抽出が確認され、最大二光子スワップレート18.2 MHz、実効二光子散逸率0.48 MHzを達成しました。

[ DCバイアス型ジョセフソン接合回路のベンチマークと動作パラメータ ]
回路/物理パラメータ	実験値と動作点	工学的影響とアーキテクチャへの示唆
• 1対1光子スワップ	• 結合分割2g1 / 2π ≈ 85 MHz• 臨界結合率g1 / 2π = 4.8 MHz	• マイクロ波駆動なしで強いメモリ-バッファ混成を実証
• 2対1光子スワップ	• 実効散逸率κ2 / 2π = 0.48 MHz• ピークスワップ率g2 / 2π = 18.2 MHz	• 猫量子ビット誤り訂正状態を安定化する自律的二光子抽出
• 高次モード	• 4対1光子変換が活性化• 4光子遷移に一致するバイアス条件	• 4成分猫符号（4脚猫）への直接的な物理的経路を提供
• カー非線形性の限界	• メモリ自己カーK / 2π < 3 kHz• カー項は一次で平均化してゼロに	• 駆動誘起周波数シフトと位相デコヒーレンス劣化を抑制
• オンチップフィルタ帯域幅	• 4段バンドストップフィルタ（2 GHz帯域幅）• バッファ減衰率κb / 2π = 85 MHz	• 高速バッファ散逸を可能にしつつメモリモードを分離（1 kHz漏洩）

マイクロ波ラインをDC電圧バイアス配線に置き換えることで、ハードウェアレイアウトが簡素化され、希釈冷凍機内のクライオスタット熱負荷が低減されます。さらに、分離された4対1光子スワップにより、複雑な多周波マイクロ波制御方式を必要とせずに、4つのコヒーレント状態に情報を符号化して誤り保護容量を高める4成分猫量子ビットが可能になります。

完全な企業発表はAlice & Bobニュースルームこちらでご覧いただけます。技術研究論文はarXivこちらで閲覧できます。また、Alice & BobのHelium共同設計研究プラットフォームに関するこれまでの記事はこちらでご覧いただけます。

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