Large-scale superconducting spintronics quantum computing circuits toward the realization of quantum supremacy

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19H05615
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (S)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Broad Section C
• Research Institution: Tohoku University (2022-2023); Nagoya University (2019-2021)
• Principal Investigator: Yamashita Taro 東北大学, 工学研究科, 教授 (60567254)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 竹内 尚輝 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 量子・AI融合技術ビジネス開発グローバル研究センター, 主任研究員 (00746472) ; 田中 雅光 名古屋大学, 工学研究科, 准教授 (10377864) ; 猪股 邦宏 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 量子・AI融合技術ビジネス開発グローバル研究センター, 研究チーム長 (50525772) ; 宮嶋 茂之 国立研究開発法人情報通信研究機構, 未来ICT研究所神戸フロンティア研究センター, 主任研究員 (50708055)
• Project Period (FY): 2019-06-26 – 2024-03-31
• Keywords: 量子計算 / 超伝導 / 超伝導スピントロニクス / モノリシック素子

Outline of Final Research Achievements

We developed novel quantum computing circuit by introducing a superconducting spintronic element "π-junction" with a hybrid structure of superconductor and ferromagnet. As a quantum bit, we demonstrated a flux-bias-free flux-type quantum bits (pi-qubits) for the first time and improved their performance. For quantum control circuits, we have demonstrated a half-flux-quantum circuits to achieve the ultralow power consumption by introducing the π-junction, and also quantum control circuits with low power consumption. We finally succeeded in demonstrating the quantum control using flux-quantum pulses in monolithic quantum computing circuits, and established the fundamental technology for large-scale quantum computing circuits to realize the quantum supremacy.

Free Research Field

超伝導エレクトロニクス

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究により実証・創出した、バイアス不要で集積化に適したπ量子ビットや、超低消費電力性を示す新規超伝導量子制御回路、そしてそれらをオンチップ化したモノリシック量子計算回路は、大規模集積化が進行中の超伝導量子計算機の実現に向け、現状の量子計算機の大規模化における配線数増大を始めとする主要課題群を解決へと導く、新しい超伝導スピントロニクス量子技術という意義を有する。本技術が超伝導量子計算機の大規模化に向けたブレークスルーとなることが期待される。