Braiding Operation using SFQ Current Pulses for Topological Quantum Computer

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21K18708
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 21:Electrical and electronic engineering and related fields
• Research Institution: Saitama University
• Principal Investigator: Myoren Hiroaki 埼玉大学, 理工学研究科, 教授 (20219827)
• Project Period (FY): 2021-07-09 – 2024-03-31
• Keywords: トポロジカル量子ビット / 組紐操作 / 単一磁束量子論理回路 / 量子操作

Outline of Final Research Achievements

In this study, we conducted preliminary research towards realizing a topological quantum computer (TQC) where topological quantum bits (TQB) are manipulated using braiding operations by a bipolar current source (BCS) generating positive and negative current pulses triggered by SFQ pulses generated by single flux quantum (SFQ) logic circuits. Over a three-year period, we demonstrated that braiding operations controlled by BCS, driven by SFQ logic circuits, operate with sufficient margin and that braiding operations on TQB by the processor based on SFQ logic circuits are controllable. This establishes the coexistence of TQB and SFQ logic circuits in a TQC.

Free Research Field

超伝導エレクトロニクス

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

現在の主流である2準位系を用いる超伝導量子ビットでは、その量子操作や量子情報の読み出しにマイクロ波を用いており、大きな冷却能力を持ち広大な冷却スペースを持った大規模無冷媒機械式冷凍機を必要とするとともに、今後大規模な量子誤り訂正回路の実装研究が必要となる。
本研究は、3D TI JJアレイ中の分数量子磁束に束縛されたMBSの組紐操作が電流パルスにより可能であるという理論的な提案に基づき、電流パルスの発生をSFQパルスをトリガーとしSFQ論理回路でデジタル制御する方法を着想した。トポロジカル量子コンピュータでは小規模の量子誤り訂正回路しか必要とせず、実用的な量子コンピュータに最も近い方式である。