2018 Fiscal Year Annual Research Report
Feedforward control of electron spin qubits in quantum dots
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18H01819
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
中島 峻 国立研究開発法人理化学研究所, 創発物性科学研究センター, 研究員 (60534344)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
樽茶 清悟 国立研究開発法人理化学研究所, 創発物性科学研究センター, 副センター長 (40302799)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 量子ビット / 電子スピン / 量子ドット / 量子コンピュータ / 誤り訂正 / 量子コヒーレンス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
近年、従来型コンピュータの高速化が限界を迎えつつある中で、新しいパラダイムにより超高速計算を可能にする量子計算機の実現が切望されている。最近、特に集積化に有利であ るシリコン(Si)基板の量子ドットデバイスで高性能な電子スピン量子ビットが実現され、量子計算機実現に向けた機運が高まってきた。しかしながら現実の電子スピン量子ビットには必ずエラーが伴うため、このエラーを検出し訂正する回路の実現が必要である。本課題では、この量子エラー訂正回路を実装する上で必須とされるフィードフォワード制御技術の基盤を確立することを目標としている。
2018年度は、電子スピン量子ビットの主要なエラー要因の一つである集団位相緩和に着目し、これをフィードフォワード適応制御によって抑制した。適応制御回路のプロトタイプを用いて実験を実施し、この結果、当初の目論見通りに集団位相緩和時間が向上することに加えて、量子ビットの制御忠実度が飛躍的に向上することを確認した。現在この研究成果について公表準備中である。
一方で、量子エラー訂正の実装においてフィードフォワード制御と同時に必要とされる量子ビットの「量子非破壊測定」についても、実証実験を実施した。特にその本質である非破壊性を検証するべく、詳細な実験および解析を行った。これにより、量子非破壊測定がフィードフォワード制御と組み合わせて応用する上で十分な性能を有することを実証し、今後の研究計画推進に期待の持てる結果が得られた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初計画していたフィードフォワード適応制御による量子ビットの高忠実度化に関しては、プロトタイプによる初期実験および解析を完了し、計画通りに進展している。解析の過程では、電子スピン量子ビットの緩和に関して当初想定していなかったメカニズムの役割が明らかとなった。このため解析には計画よりもやや長く時間を要したものの、想定以上の新しい知見を得ることができた。
また、量子エラー訂正を実現する際にフィードフォワード制御と合わせて必要になる量子非破壊測定について、ベンチマーキングのための詳細な実験および解析を実施した。概ね計画通りに進捗している。
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| Strategy for Future Research Activity |
当初の研究計画に沿って引き続き課題を推進する。すなわち、フィードフォワード適応制御による量子ビットの高忠実度化に関しては、プロトタイプによる初期実験から得られた結果に基づいて、フィードフォワード制御システムの性能向上に向けた最適化を進める。これによって量子ビットのさらなる高性能化が可能になると見込まれるため、これを実証するための実験に着手する計画である。
また、量子ビット状態の非破壊測定に基づくフィードフォワード制御に関しても、非破壊測定に関して得られた知見を元に、必要とされるフィードフォワード制御回路の実装を進める。最初の応用として、量子ビットの高精度初期化を実現することを目標として、必要な制御回路を実現する。
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