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November 22, 2012

量子ビットの共振回路

今度は、量子ビットですね。

量子ビットを高精度に読出すための新回路を作製し、その動作を実証
-量子ビット読出し手法の有力候補である「分散読出し」で新手法-

理化学研究所(野依良治理事長)と日本電気株式会社(NEC、遠藤信博社長)は、量子ビット※1 のエネルギー緩和率※2 を増大することなく量子ビットの読出し信号を増大させる手法を実証し、量子ビットの読出し精度 90%を達成しました。これは理研基幹研究所(玉尾皓平所長)物質機能創成研究領域 単量子操作研究グループ 巨視的量子コヒーレンス研究チームのツァイ ヅァオシェン(蔡 兆申)チームリーダー(NEC 中央研究所 スマートエネルギー研究所主席研究員兼務)らの研究チームの成果です。

PC をはじめとするコンピュータのほとんどは、0 または 1 を記憶する「ビット」と呼ばれるものを、情報の基本単位として動作します。次世代コンピュータとして研究が盛んな量子コンピュータ※3 において、ビットに相当するのが「量子ビット」であり、その量子ビットの状態の正確な読出しが、量子コンピュータの実現に向けた重要な課題です。現在、有望な手法として、量子ビットとLC共振器※4を結合させ、量子ビットの状態に応じて共振器の共振周波数が変化することを利用する「分散読出し※5」と呼ばれる方法が盛んに研究されています。分散読出しの場合、量子ビットの状態を判別するための信号強度は、量子ビットと共振器の結合を強くしたり、量子ビットと共振器の共振周波数を近づけることで大きくできます。しかし、どちらの方法も量子ビットのエネルギー緩和率を増大させるという欠点がありました。

研究チームは、磁束型量子ビット※6とLC回路をコンデンサーで介して接続した回路を作製して実験したところ、読出し信号を5倍以上に高め、また、実際に量子ビットを90%の精度で読出すことに達成しました。今回の成果は、量子計算のエラー訂正において必要となる「1度の試行による高精度読出し※7」にも応用できます。


Ryosibit


※5 分散読出し
量子ビットの読出し方法の1つ。量子ビットと共振器を結合し、量子ビットの状態に応じて、共振器の共振周波数が変化することを利用する。このとき、量子ビットと共振器の共鳴エネルギー差が結合のエネルギーに比べて十分大きいことが必要。共鳴エネルギーが大きく異なるため、量子ビットと共振器は直接エネルギーのやり取りをしない。これにより量子非破壊測定が可能となる。
※6 磁束型量子ビット
超伝導量子ビットの種類の1つ。ジョセフソン接合を3~4つ含む超伝導体のループを基本構造とする。
※7 1度の試行による高精度読出し
量子計算においては、量子ビットのエラーを訂正するための量子エラー訂正というスキームが知られているが、これを実現するには、1回の測定で正確に量子ビットの状態を読み出す技術が必要となる。
※8 パラメトリック増幅器
ある共振回路において、コイルやコンデンサーなどの回路パラメータを共振周波数の2倍の周波数で変調したときに起こる「パラメータ共振」という現象を利用した増幅器。位相敏感な増幅器を実現することができ、普通の増幅器では、決して到達できない低雑音特性を実現できる。

LC回路はアマサイにめちゃくちゃ身近でんがな。←なぜ関西弁風

「量子ビットの状態に応じて共振器の共振周波数が変化することを利用する分散読出し」というのはイマイチわかりませんが、共振回路はよく知っていますので、この図でなんとなくわかるであります。

電気回路に量子ビットが反映されたらおもしろくなりそうですね。


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