2026年10月9日・3分で読めます
イオントラップ量子ハードウェア開発企業であるIonQは、トラップされた138Ba+イオン量子ビットと、ダイヤモンドナノフォトニックキャビティに埋め込まれた固体シリコン空孔（SiV−）量子メモリ間の、ヘラルド型フォトニック量子相互接続を実証した実機ハードウェアの成果を発表しました。平均エンタングルメントレート1.032kHz（毎秒1,032ベルのペア）、状態忠実度87.9%で動作し、このリンクは、これまでに別々の量子ノード間で実証された最速のヘラルド型エンタングルメントレートを表し、従来のイオントラップのベンチマークを4倍上回ります。原子量子ビットの光コヒーレンスと、キャビティ結合型固体メモリの光子結合効率を組み合わせることで、この異種統合アーキテクチャは、分散量子コンピューティングネットワークにおける長年の課題であった光子損失のボトルネックを解決します。
従来の二光子ヘラルディングネットワークでは、2つの別々のノードからの独立した光子放出がビームスプリッタで同時に検出される必要があり、エンタングルメント生成の成功確率は、試行あたりの光子送達効率に対して2次的（p2）にスケーリングします。IonQのメモリ支援型アーキテクチャは、共同二光子干渉を単一光子反射プロトコルに置き換えます。138Ba+イオンから放出された493.5nmの偏光符号化光子は、Sagnac構成の周期分極反転ニオブ酸リチウム（PPLN）結晶内で偏光無依存の量子周波数変換（QFC）により737.45nmに変換され、続いて偏光を早期および後期のタイムビンにマッピングする非平衡干渉計ベーシス変換器（BC）を通過します。タイムビン光子はSiV−ナノフォトニックキャビティで反射され、ダイヤモンドメモリの電子スピン状態を光子に刻印します。対角偏光ベースでの単一反射光子の検出は、エンタングルしたベル状態（|Φ+⟩ = |00⟩ + |11⟩）の生成をヘラルドし、成功確率は光子収集効率に線形（p）にスケーリングします。
| [ IonQ 異種フォトニック相互接続性能とサブシステム予算 ] | ||
|---|---|---|
| システム / サブシステムパラメータ | 実証された指標とエラーバジェット寄与 | 運用・アーキテクチャ機能 |
| • ヘラルド型エンタングルメントレート | • 1.032 kHz（毎秒1,032ペア、平均成功時間969 µs） | • 計画されているフォールトトレラントイオントラッププロセッサの約1msサイクルタイムに一致。 |
| • 状態忠実度とターゲット状態 | • ｜Φ+⟩ベル状態に対する忠実度87.9% | • リアルタイムFPGAフィードバックがパウリ/位相補正を適用し、ヘラルド状態を正規化。 |
| • イオントラップノード（138Ba+） | • 非忠実度寄与4.3% | • 真空チャンバー外のNA = 0.75対物レンズが493.5nm偏光エンタングル光子を収集。 |
| • 量子周波数変換 | • 非忠実度寄与2.9% | • 1492.3nm PPLN Sagnacポンプ段を介して493.5nm光子を737.45nmに下方変換。 |
| • ダイヤモンド量子メモリ（SiV−） | • 非忠実度寄与3.9%、協働性C = 92 | • 20mK希釈冷凍機内のナノフォトニックキャビティ結合型単一電子/核スピンメモリ。 |
| • 検出と光子損失 | • 非忠実度寄与1.9%（未検出光子） | • サブ100ns信号遅延の超伝導ナノワイヤ単一光子検出器（SNSPD）。 |
固体メモリ層の産業規模でのスケーリングを小規模な学術用クリーンルームを超えて可能にするため、IonQはElement SixおよびAmazon Web Services（AWS）と協力し、ファウンドリ互換のダイヤモンド薄膜製造パイプラインを開発しました。このプラットフォームは、高エネルギーヘリウムイオン注入、グラファイト化層のアンダーカット、ホモエピタキシャル高純度ダイヤモンドオーバーグロース（RMS表面粗さ0.2nm未満）、およびナノ開口部を通したターゲット28Si+イオン注入を組み合わせています。低温金属熱圧着を使用して、ダイヤモンドマイクロメンブレンのアレイは、ほぼ完全な転写収率でシリコンハンドリングチップまたは事前パターニングされた埋め込みコプレーナ導波路（bCPW）基板上に決定的に転写されます。得られたナノフォトニック結晶キャビティは、高いスピン光子協働性（C ~ 92–100）と狭いキャビティ共鳴広がり（メンブレン間で2nm未満）を示し、サブデシベル挿入損失（1dB未満）でのパッシブ光ファイバーパッケージングを可能にします。
キロヘルツのエンタングルメントマイルストーンは、イオントラップ、中性原子、および変換された超伝導回路を相互接続できるQPU非依存のネットワーキングファブリックを対象とする、米国国防高等研究計画局（DARPA）高速量子相互接続（HARQ）プログラムの下でのIonQの取り組みを前進させます。商業的には、メモリ強化相互接続ハードウェアは、メリーランド大学QLabへの商用システム導入および韓国SDTへの導入に加えて、IonQによるLightsynq TechnologiesおよびOxford Ionicsの最近の買収に基づいています。
完全なプレスリリースはIonQニュースルームこちらでご覧いただき、技術的な物理学論文はarXivこちらで、薄膜ダイヤモンド製造研究はarXivこちらで、ダイヤモンド薄膜プラットフォームアーキテクチャの概要はIonQブログこちらでご覧いただけます。また、DARPA HARQプログラムへのIonQ選定に関する以前の報道はこちら、メリーランド大学との量子ネットワーキングパートナーシップ拡大はこちら、韓国にSiV量子メモリハブを設立するためのSDTとのパートナーシップはこちらでご覧いただけます。
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