日本のテクノロジー大手富士通は、世界初の動作可能なダイヤモンドスピン量子コンピュータのプロトタイプを開発しました。このプロトタイプは、スズ空孔 (SnV) 中心をフォトニック集積回路に組み込んでいます。この新しいプロトタイプは、-456.9華氏度 (-271.6摂氏度) で動作可能で、超伝導量子コンピュータに必要な-459.6華氏度 (-273.13摂氏度) より約2.8華氏度高いです。富士通は、この技術が光を使用して各計算モジュールを接続することで、より強力な量子コンピュータの開発を促進できると述べています。同社は2027年までにマルチモジュールのダイヤモンドスピンプロトタイプを構築し、2030年までに量子計算の実用化を目指しています。
富士通は2030年までに量子計算の実用化を目指す
富士通の量子ロードマップによると、同社は2030会計年度までに250論理量子ビットシステムを開発し、2035会計年度までに1000論理量子ビットシステムを実現する計画です。QuTechのディレクターであるKees Eijkel博士は、「2020年以降、富士通、デルフト工科大学、QuTechの間で行われた共同研究の成果として、このプロトタイプのダイヤモンドスピン量子コンピュータを発表できることを嬉しく思います。」と述べています。
このプロトタイプは、ダイヤモンド結晶中の格子欠陥、より一般的には色中心に依存して量子ビットを生成します。ダイヤモンドスピンシステムは通常、窒素空孔 (NV) 中心に依存していますが、これは窒素原子が隣接するダイヤモンド格子の炭素原子を置き換えることで形成されます。しかし、新しいシステムでは、エンジニアはスズ空孔 (SnV) 中心を使用することに切り替えました。これらの欠陥は、ダイヤモンド構造内でスズ原子が2つの空孔の間に位置しています。富士通は、これらの対称構造がSnV中心を従来のNV中心よりも外部ノイズの影響を受けにくくすると述べています。
さらに、SnV中心の光発光の明るさはNV中心の約10倍であり、これにより量子モジュール間の光学接続が改善され、エラー訂正の効率が向上する可能性があります。
このシステムの特性は、量子状態の安定性を保持し、競争する方法に必要な物理量子ビットよりも少ない物理量子ビットを使用して論理量子ビットを形成することを可能にします（量子アルゴリズムが量子計算を実行するために必要な物理量子ビットのセットを規定します）。富士通は、ダイヤモンド基板に高品質のスズを埋め込むプロセスを最初に作成し、アルミナおよび二酸化ケイ素基板と結合させました。ダイヤモンドの厚さは数百マイクロメートルからわずか数百ナノメートルに減少し、量子チップに統合できるようにしました。
同社はまた、SnV中心を含むナノサイズのダイヤモンド結晶とアルミナ光導波路を組み合わせたフォトニック集積回路を製作しました。最終的に、富士通は光、マイクロ波、および無線周波数波を介してダイヤモンドスピン量子ビットを制御するメカニズムを作成しました。富士通の最高技術責任者Vivek Mahajanは、「このプロトタイプに適用したダイヤモンドスピン手法は、単独で優れたスケーラビリティを持つだけでなく、超伝導量子コンピュータとの統合の可能性もあり、より複雑な大規模計算を実現する能力をさらに拡張します。」と述べています。
このデバイスは、富士通のハイブリッド量子計算プラットフォームでテスト環境内で動作しています。同社によると、ユーザーはこの新しいハードウェアを制御するために追加の専門知識を必要としません。Mahajanは声明の中で、「私たちのロードマップに基づき、2030会計年度までに250論理量子ビットシステムを実現し、2035会計年度までに1000論理量子ビットシステムを達成することを目指して、富士通は実用量子計算を推進し、ソフトウェアからハードウェアに至る広範な分野で発展し続けます。また、ダイヤモンドスピン手法の重要な利点である高忠実度と光学的接続性を活用します。」とまとめました。
項目 規格 運行温度 -456.9華氏度 (-271.6摂氏度) スズ空孔中心 ダイヤモンド構造内に存在 光発射の明るさ NV中心の約10倍