ImecとDiraq（シリコンベースの量子コンピューティングを専門とする企業）は、産業用に製造されたシリコン量子ドット量子ビットが、量子誤り訂正（QEC）に必要な閾値を超える誤り率を一貫して達成できることを実証しました。Natureに掲載された結果によると、Diraqの量子ビットは標準的なシリコンマイクロチップ製造方法を使用して確実に製造できることが示されています。
この共同研究では、imecの300mmシリコンCMOS製造プラットフォームを活用してDiraq設計のデバイスを製造し、二量子ビットゲート操作で99%以上の忠実度を一貫して達成することが示されました。状態準備および測定（SPAM）操作においても99.9%以上の忠実度が達成されました。基板内の残留核スピンからの磁気ノイズを抑制するため、量子ドット構造は同位体濃縮28シリコン層上に製作されました。研究者らは無作為に選択したデバイスのセットを測定し、再現性のあるデータを得ました。
この成果は、Diraqの実用規模へのロードマップにおける一歩として位置付けられており、産業的に製造された量子ドット量子ビットデバイスのQECを現実的な見通しにしています。DiraqのCEO兼創設者のAndrew Dzurakは、この共同研究により、成熟した半導体産業を活用してシリコンベースの量子コンピュータを構築できることが実証され、数百万の量子ビットを含むチップへの費用対効果の高い道筋が開かれたと述べています。
背景
シリコン量子ドット量子ビットは、半導体チップ上に微小な電界を形成し、電子を閉じ込めることで量子ビットを実現する技術です。今回用いられた同位体濃縮28シリコン層は、磁気ノイズの原因となる核スピンを持つ不純物を除去した高純度の材料です。これにより、量子状態の安定性が向上し、誤り率の低減に寄与しています。
量子誤り訂正（QEC）は、量子計算中のエラーを修正する仕組みです。実用的な量子コンピュータを実現するには、誤り率がある閾値を下回る必要があります。本研究では、二量子ビットゲート操作で99%以上、状態準備および測定（SPAM）操作で99.9%以上の忠実度を達成し、この閾値を超える性能を示しました。
300mmシリコンCMOS製造プラットフォームは、既存の半導体産業で標準的に使われている大口径ウェハの製造設備です。これを活用することで、量子ビットデバイスを高効率かつ低コストで量産できる可能性があります。DiraqとImecの共同研究は、この産業基盤を量子コンピューティングに応用する道筋を示すものです。
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2025年9月24日
