2019 年度研究成果報告書

半導体量子ドットスピン量子ビットにおける高忠実度２量子ビットゲートの実装

研究課題

PDF

研究課題/領域番号	17K14078
研究種目	若手研究(B)
配分区分	基金
研究分野	ナノ構造物理
研究機関	国立研究開発法人理化学研究所
研究代表者	武田健太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 (80755877)
研究期間 (年度)	2017-04-01 – 2020-03-31
キーワード	量子ドット / 量子ビット
研究成果の概要	半導体量子ドットを用いたスピン量子ビットでは、これまでに十分高い精度（忠実度99.9%程度）の１量子ビット制御が実現されている。量子計算を行うためには、これに加えて２量子ビット操作を高い精度で実装する必要がある。そこで、本研究ではスピン量子ビットにおける２量子ビット制御の実装、評価を行った。２量子ビット制御のためには、２スピン間の交換相互作用を用いる。交換相互作用が電気的雑音に対して鈍感になるよう試料構造、制御方法を改良して２スピン状態（１重項-３重項スピン状態）の操作を実装した。ランダム化ベンチマーキングと呼ばれる評価方法を用いて、９９．６％の精度でスピン操作ができていることを示した。
自由記述の分野	半導体物理
研究成果の学術的意義や社会的意義	量子コンピュータは、量子力学的重ね合わせ状態を用いた超並列計算を可能とする次世代のコンピュータである。量子コンピュータの基本単位である量子ビットの物理的実装のために様々な系が研究されている。シリコンを用いた量子ドットは、半導体製造技術を適用した集積可能性から、有力な量子ビット系として考えられている。本研究では、２つのシリコン量子ドット中に閉じ込めた２電子状態を用いた量子ビットを実装した。量子ドットのパラメータを最適化することで、電気的雑音が量子ビットの情報保持時間（コヒーレンス時間）に与える影響を小さくし、十分高精度に量子ビットの操作が可能となることを示した。