アールト大学、VTT、IQMを含む研究コンソーシアムが、量子コンピューターの拡張を妨げている既存のかさばる制御システムに代わる可能性がある新しいマイクロ波源を設計
フィンランド・エスポー--(BUSINESS WIRE)--（ビジネスワイヤ） -- フィンランドの研究者が、ネイチャー・エレクトロニクス誌に掲載された新しい論文で、絶対零度に近い温度で動作する量子コンピューターの制御に必要な高品質のマイクロ波信号を生成する回路を開発したことを明らかにしました。これは制御システムを量子コンピューターに近づける重要な一歩となり、プロセッサーの量子ビットの数を大幅に増やすことができるかもしれません。
量子コンピューターの大きさを制限する要因の1つに、量子プロセッサーの量子を制御するための仕組みがあります。通常は、一連のマイクロ波を使用しますが、量子プロセッサーは絶対零度に近い温度で動作するため、制御パルスは室温から広帯域ケーブルを介して冷却された環境に送り込まれることが一般的です。
量子ビットの数が増えるにつれて、必要なケーブルの数も増えます。量子ビットを冷却する冷却器は、より多くのケーブルを収容するために大型になり、ケーブルを冷却するためにフル稼働しなければないため、最終的には対処できなくなり、量子プロセッサーの潜在的サイズを制限することになります。
アールト大学、フィンランドVTT技術研究センター、そしてIQMクオンタム・コンピューターズから成る研究コンソーシアムはこの度、この難問を解決する重要な要素を開発しました。「私たちは、量子プロセッサーと同じ極低温域の約-273度で動作する精密なマイクロ波源を開発しました」と、チームリーダーで、アールト大学およびフィンランドVTT技術研究センターの教授であり、IQMの共同創立者でチーフサイエンティストのミッコ・モットネン氏は、述べています。
この新しいマイクロ波源は、量子プロセッサーに統合可能なオンチップ・デバイスです。サイズは1ミリに満たず、温度が異なる環境をつなぐ高周波制御ケーブルが不要になる可能性があります。この低電力・低温度のマイクロ波源があれば、より小型の低温保持装置を使用しつつ、プロセッサー内の量子ビットを増やすことができるかもしれません。
モットネン氏は、次のように語っています。「われわれのデバイスは、従来版の100倍のパワーを持ち、それは量子ビットを制御して、量子論理演算を行うために十分です。非常に精密な正弦波を生成し、1秒当たり10億回以上振動します。そのため、マイクロ波源の量子ビットでエラーが発生することは稀で、これは精密な量子論理演算を行うために重要です。」
しかし、このようなデバイスが生成する連続波のマイクロ波源は、そのままでは量子ビットを制御するために使用できません。まず、マイクロ波をパルス状に成形する必要があります。チームは現在、マイクロ波源を素早くオン・オフする方法を開発中です。
しかし、パルスを生成するスイッチングの解決策がなくても、効率的な低ノイズ・低温度のマイクロ波源は、量子センサーなどさまざまな量子技術に役立つ可能性があります。
「マイクロ波源は、量子コンピューターやセンサーに加え、ほかの電子機器でもクロックとして機能できます。異なるデバイスで同じリズムを保ち、意図した瞬間に、いくつかの異なる量子ビットの操作を誘発するために使用できます」と、モットネン氏は説明しています。
理論分析と初期設計は、VTTのJuha Hassel氏らが行いました。VTTでこの取り組みを開始したHassel氏は現在、汎欧州の量子コンピューターのリーダーであるIQMクオンタム・コンピューターズで、エンジニアリングおよび開発の責任者を務めています。その後、デバイスはVTTで製作され、アールト大学のポスドク研究員のChengyu Yan氏と同僚が、OtaNanoの研究インフラを利用して操作しました。Yan氏は現在、中国の華中科技大学で准教授を務めています。この研究に従事したチームは、フィンランド・アカデミー量子技術（QTF）センター・オブ・エクセレンスと、フィンランド量子研究所（InstituteQ）の一部となっています。
オリジナル研究論文
Chengyu Yan、Juha Hassel、Visa Vesterinen、Jinli Zhang、Joni Ikonen、Leif Grönberg、Jan Goetz、Mikko Möttönen、低ノイズのオンチップ・コヒーレント・マイクロ波源、ネイチャー・エレクトロニクス誌、DOI:10.1038/s41928-021-00680-z (2021)
https://doi.org/10.1038/s41928-021-00680-z（リンクは制限解除後にアクセス可能）
プレプリント論文はいつでもご覧いただけます：https://arxiv.org/pdf/2103.07617
その他の写真は素材集でご覧いただけます：https://materialbank.aalto.fi/l/sjcg87sHxFfR
IQMクオンタム・コンピューターズについて
IQMは汎欧州の量子コンピューターのリーダーです。
IQMは、オンサイトの量子コンピューティングを研究機関とスーパーコンピューティング・データセンターに提供し、当社ハードウエアへの完全なアクセスも提供しています。IQMは産業分野の顧客に、独自のアプリケーション個別協調設計の手法を通じて、量子の優位性をもたらします。
IQMは、フィンランド初の54量子ビット商用量子コンピューターをVTTと共同で構築しています。IQMが率いるコンソーシアム（Q-Exa）は、HPCスーパーコンピューターに統合されて将来の科学研究のアクセラレーターとなるドイツの量子コンピューターを開発中です。IQMはビルバオ、ミュンヘン、エスポーにオフィスを構え、130人以上を雇用しています。詳細情報：www.meetiqm.com
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