インスブルック大学と量子光学・量子情報研究所（IQOQI）の研究チームが、フラクソニウム量子ビットとマイクロ波共振器の間で選択的な結合・切断を可能にする新しい超伝導量子アーキテクチャを発表しました。このアプローチにより、補助的な制御部品が不要となり、ノイズが低減され、コヒーレンス時間が改善されます。
PRX Quantumに掲載された研究では、ジョセフソン接合、コンデンサ、インダクタを含むフラクソニウム量子ビットが、外部磁場によってその場で共振器との相互作用をオン・オフできることを説明しています。この機能により、必要に応じて共振器を分離することができ、長寿命の量子メモリとして機能する可能性が広がります。
マイクロ波共振器は、複雑な状態での量子情報の保存に有望で、量子エラー訂正を簡素化し、一般的な量子ビットのみのシステムよりも優れた耐久性を提供します。しかし、トランズモン量子ビットを使用した以前の実装では、不要な相互作用が発生し、保存時間が低下していました。インスブルックのアーキテクチャは、追加のコンポーネントを必要とせずにこの問題を軽減し、より効率的で安定した制御を可能にします。
この研究は、カールスルーエ工科大学との共同研究で行われ、オーストリア科学基金（FWF）と欧州連合の支援を受けました。研究論文のタイトルは「フラクソニウムとポストキャビティ間の反転可能な符号を持つその場調整可能な相互作用」です。
背景
超伝導量子アーキテクチャにおいて、量子ビットとマイクロ波共振器の間の結合を制御する技術は重要です。フラクソニウム量子ビットは、ジョセフソン接合、コンデンサ、インダクタから構成される素子です。外部磁場をかけることで、その共振周波数を変化させることができます。これにより、マイクロ波共振器との相互作用をオン・オフに切り替えることが可能になります。
マイクロ波共振器は、電磁波のエネルギーを閉じ込める役割を果たします。量子情報を保存する際、量子ビットから共振器へと情報を移すことで、より長い時間情報を保持できる可能性があります。これを量子メモリと呼ぶことがあります。
従来のトランズモン量子ビットでは、共振器との不要な相互作用が生じやすく、保存時間が短くなる課題がありました。インスブルック大学の研究チームが実証したアーキテクチャでは、追加の制御部品を使わずにこの問題を解決しています。これにより、ノイズが低減され、コヒーレンス時間の改善が期待されます。コヒーレンス時間とは、量子状態が維持される時間を指します。
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2025年5月27日
