解き放たれた量子ビット: NIST の「トグル スイッチ」と量子コンピューティングの未来

米国国立標準技術研究所 (NIST) 2023 年 8 月 17 日

NIST の科学者は、量子ビットと読み出し共振器の間の接続を調整する量子コンピューター用の「トグル スイッチ」デバイスを導入しました。 このデバイスはノイズや再プログラミングの制限などの課題に取り組み、より柔軟で正確な量子コンピューティングへの道を切り開きます。

この新しいデバイスは、より鮮明な出力を備えた、より汎用性の高い量子プロセッサにつながる可能性があります。

強力なコンピューターであっても、その出力を読み取ることができなければ何の役にも立ちません。 それとも、別の仕事をするように簡単に再プログラムしますか? 量子コンピューターを設計する人々はこれらの課題に直面していますが、新しいデバイスによってそれらの課題がより簡単に解決される可能性があります。

米国立標準技術研究所 (NIST) の科学者チームによって導入されたこのデバイスには、2 つの超伝導量子ビット (量子ビット) が含まれています。量子ビットは、量子コンピュータの古典的なコンピュータの処理チップの論理ビットに相当します。 この新しい戦略の中心は、量子ビットの計算出力を読み取ることができる「読み出し共振器」と呼ばれる回路に量子ビットを接続する「トグルスイッチ」デバイスに依存しています。

このトグル スイッチをさまざまな状態に切り替えると、量子ビットと読み出し共振器の間の接続の強度を調整できます。 オフにすると、3 つの要素すべてが互いに分離されます。 スイッチをオンにして 2 つの量子ビットを接続すると、相互作用して計算を実行できるようになります。 計算が完了すると、トグル スイッチは量子ビットと読み出し共振器のいずれかを接続して結果を取得できます。

プログラム可能なトグル スイッチを搭載することは、量子ビットが計算を行って結果を明確に表示することを困難にする量子コンピューター回路の一般的な問題であるノイズの削減に大いに役立ちます。

この写真は、デバイスの中央作業領域を示しています。 下のセクションでは、3 つの大きな長方形 (水色) が左右の 2 つの量子ビット (量子ビット) と中央の共振器を表しています。 上の拡大セクションでは、アンテナ (下部の大きな濃い青色の長方形) を通してマイクロ波を駆動すると、SQUID ループ (中央の小さな白い正方形、一辺の長さが約 20 マイクロメートル) に磁場が誘導されます。 磁場によりトグルスイッチが作動します。 マイクロ波の周波数と大きさによって、スイッチの位置と量子ビットと共振器間の接続の強さが決まります。 クレジット: R. Simmonds / NIST

「目標は、量子ビットが気を散らすことなく計算できるようにしながら、必要なときに量子ビットを読み出せるようにすることです」と、NISTの物理学者で論文著者の1人であるレイ・シモンズ氏は述べた。 「このデバイス アーキテクチャは量子ビットの保護に役立ち、量子ビットから量子情報プロセッサを構築するために必要な高忠実度の測定を行う能力の向上が期待できます。」

The team, which also includes scientists from the University of Massachusetts Lowell, the University of Colorado Boulder, and Raytheon BBN Technologies, describes its results in a paper published recently in the journal Nature PhysicsAs the name implies, Nature Physics is a peer-reviewed, scientific journal covering physics and is published by Nature Research. It was first published in October 2005 and its monthly coverage includes articles, letters, reviews, research highlights, news and views, commentaries, book reviews, and correspondence." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">自然物理学。

量子コンピューターは、まだ開発の初期段階にあるが、量子力学の奇妙な性質を利用して、化学相互作用の高度なシミュレーションを実行することによって新薬の開発を支援するなど、最も強力な古典的コンピューターですら手に負えない仕事を行うことができるだろう。 。

しかし、量子コンピューターの設計者は依然として多くの問題に直面しています。 その 1 つは、量子回路が外部ノイズ、さらには内部ノイズによって悪影響を受けることです。このノイズは、コンピューターの製造に使用されている材料の欠陥から発生します。 このノイズは本質的にランダムな動作であり、量子ビット計算でエラーを引き起こす可能性があります。