成功への近道：断熱通過の加速による高速かつロバストな量子制御へ

に掲載された作品で Physical Review Lettersに 大阪大学産業科学研究所 (SANKEN) の研究者らは、「断熱性へのショートカット (STA)」手法を使用して、スピン量子ビットの断熱進化を大幅に高速化しました。パルス最適化後のスピンフリップ忠実度は、GaAs 量子ドットでは 97.8% にも達します。この研究は他の断熱通路にも適用できる可能性があり、高速かつ高忠実度の量子制御に役立つ可能性があります。

量子コンピューターは、「0」と「1」の状態の重ね合わせを使用して情報処理を実行しますが、これは古典的なコンピューティングとはまったく異なり、特定の問題をより高速に解決できるようになります。 「量子の利点」を達成するには、十分に大きなプログラム可能な量子ビット空間での高忠実度の量子状態操作が必要です。

量子状態を変化させる従来の方法はパルス制御を使用するため、ノイズや制御誤差の影響を受けやすい。対照的に、断熱進化では、量子系を常に固有状態に保つことができます。ノイズには強いですが、ある程度の時間がかかります。

サンケンのチームは、STA 法を使用して、ゲート定義量子ドットにおけるスピン量子ビットの断熱進化を初めて大幅に加速しました。彼らが使用した理論は、科学者のシー・チェンらによって提案されたものです。 「私たちはSTAの無遷移量子駆動スタイルを使用したため、急速な進化下でもシステムが常に理想的な固有状態に留まることが可能になりました」と共著者の藤田貴文氏は説明します。

スピン量子ビットの目標進化に従って、このグループの実験は、断熱誤差を抑制するための別の効果的な駆動を追加し、これにより、高速かつほぼ理想的な断熱進化が保証される。

動的特性も調査され、この方法の有効性が証明されました。さらに、最適化後に修正されたパルスにより、ノイズがさらに抑制され、量子状態制御の効率が向上しました。

最終的に、このグループは最大 97.8% のスピン フリップ忠実度を達成しました。彼らの推定によると、断熱通過の加速は、核スピンノイズが少ない Si または Ge 量子ドットではるかに優れていると考えられます。

「これにより、高速かつ忠実度の高い量子制御手法が提供されます。私たちの結果は、量子ドットにおける他の断熱通過を加速するのにも役立つかもしれません」と責任著者の大岩章氏は言う。

量子コンピューティングの有望な候補として、ゲート定義量子ドットはコヒーレンス時間が長く、現代の半導体産業との互換性が優れています。研究チームは、より多くのスピン量子ビットへの推進など、ゲート定義量子ドットシステムのさらなる応用を模索している。彼らは、この方法を使用して、フォールトトレラントな量子情報処理のためのよりシンプルで実現可能なソリューションを見つけたいと考えています。