Research press release




将来的にスピンを利用した量子計算システムを構成することになる個別要素の開発は、かなりの進歩を遂げているが、このほどThomas Watsonたちの研究グループは、これを大きく前進させて、2種類の量子アルゴリズム(ドイチュ・ジョサアルゴリズムとグローバー検索アルゴリズム)を実行するようにプログラムできる2キュービットデバイスを作製した。ドイチュ・ジョサアルゴリズムは、古典的手法ではなく量子的手法を用いた方が解を得やすいように作られたテスト問題で、グローバー検索アルゴリズムは、データベース検索に利用できる。今回開発されたデバイスは、より柔軟に応用できるスピンを利用した大型プロセッサーへの道を開くものだ。


一方、Jason Pettaたちの研究グループは、マイクロ波共振器内に閉じ込められた光子をシリコン二重量子ドット中に捕獲された電子スピンと強く結合させたことを明らかにした。この構成は、光子と電子スピンの間にコヒーレントな界面を確実に形成するために十分なスピン-光子結合率を達成でき、スピンを利用した大規模な量子プロセッサーの実現がさらに一歩近づいた。

New developments in solid-state, spin-based quantum computing platforms are reported in a pair of papers published online this week in Nature. The studies report the creation of a programmable two-bit processor, and the strong coupling of a single electron spin and a single photon (which could enable isolated qubits, the building blocks of a quantum computer, to interact).

Much progress has been made in developing the individual components that might one day make up a spin-based quantum computing system. Thomas Watson and colleagues have taken this a leap further, producing a two-qubit device that can be programmed to perform two different quantum algorithms: the Deutsch-Jozsa algorithm - a test problem designed to be easier to solve using a quantum approach than a classical one - and Grover’s search algorithm - which could be used for searching through a database. The development paves the way to larger spin-based processors capable of more flexible applications.

An advantage of building a quantum computer based on semiconductor spin qubits is their long lifetimes in comparison with their superconducting counterparts. However, their weak interactions make them difficult to couple, which is necessary for a quantum processor to work. Existing coupling methods - the so-called exchange and dipole-dipole interactions - are relatively local in nature. To connect distant quantum bits, a ‘middle man’ is required, such as a microwave photon.

In the second study, Jason Petta and colleagues show that a photon confined in a microwave cavity can be strongly coupled to an electron spin trapped in a silicon double quantum dot. This set-up enables spin-photon coupling rates sufficient to ensure a coherent interface between the two components, bringing large-scale spin-based quantum processors another step closer.

doi: 10.1038/nature25769

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