2023 年度研究成果報告書

単一磁束量子電流パルスによる組紐操作回路を用いたトポロジカル量子コンピュータ

研究課題

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研究課題/領域番号	21K18708
研究種目	挑戦的研究(萌芽)
配分区分	基金
審査区分	中区分21:電気電子工学およびその関連分野
研究機関	埼玉大学
研究代表者	明連広昭埼玉大学, 理工学研究科, 教授 (20219827)
研究期間 (年度)	2021-07-09 – 2024-03-31
キーワード	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
研究成果の概要	本研究では単一磁束量子(SFQ)論理回路により生成するSFQパルスをトリガとして正負の電流パルスを発生するバイポーラ電流源(BCS)によりトポロジカル量子ビット(TQB)に対する組紐操作を実現し、TQBと古典コンピュータであるSFQ論理回路が共存するトポロジカル量子コンピュータ(TQC)の実現への初歩的な研究を行った。3年間の研究によりSFQ論理回路により制御されたBCSによる組紐操作が十分な動作マージンで動作し、SFQ論理回路によるプロセッサによりTQBに対する組紐操作が制御可能であることが示された。
自由記述の分野	超伝導エレクトロニクス
研究成果の学術的意義や社会的意義	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。