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ナノスケールデバイス：高温シリコンキュービットにおける万能量子論理
Nature 580, 7803 doi: 10.1038/s41586-020-2170-7
量子計算には、コヒーレントに制御でき、互いに結合可能な多くのキュービットが必要である。リソグラフィー法を用いて形成されるキュービットは、半導体製造技術を用いて実装できるため、スケーラブルな量子システムの開発を可能にすると示唆されている。しかし、固体ベースの主要な方法は、冷却能力が極めて限られる100 mK未満の温度でしか機能せず、このことが、実用的な量子計算の見通しに重大な影響を及ぼしている。シリコン中の電子スピンに関する最近の研究は、長いスピン寿命、ゲートを用いたスピン読み出し、コヒーレントな単一スピン制御を実証することによって、より高い温度で動作可能なプラットフォームの実現に向けて進展してきた。しかし、高温2キュービット論理ゲートは、まだ実証されていない。今回我々は、シリコン量子ドットが、1 Kを超える温度で万能ゲートセットを実行できるほど十分な熱ロバスト性を持ち得ることを示す。我々は、電子スピン共鳴によって単一キュービット制御を得、パウリスピンブロッケードを用いて読み出しを達成した。さらに我々は、2つのキュービットを個々にコヒーレント制御し、最高で99.3％の1キュービット忠実度を測定で得た。2つのスピン間の交換相互作用を0.5〜18 MHzの範囲で調整できることが実証され、これを用いて、コヒーレントな2キュービットの制御された回転が実行された。半導体プラットフォームにおける「高温」万能量子論理が実証されたことで、同一チップ上に量子ハードウエアとその制御回路の両方を載せた量子集積回路への道が開かれ、これによって実用的な量子情報処理に向けたスケーラブルな手法が得られる。
