SPINNINGプロジェクトは、フラウンホーファー応用固体物理学研究所（IAF）の指導のもと、ダイヤモンドベースのスピンフォトンを利用した量子コンピュータの開発において革新的な進展を遂げています。この新しいアプローチは、従来の量子コンピュータシステムに比べて冷却要件が低く、動作時間が長く、エラー率も低いため、大きな可能性を秘めています。ダイヤモンドの独特な特性を活かし、スケーラブルで高忠実度の量子コンピュータを実現することを目指しています。

ダイヤモンドベースのスピンフォトンによる量子コンピュータ

SPINNINGプロジェクトは、量子コンピュータの新しい構築方法としてダイヤモンドを活用しています。従来の量子システムは、しばしば重くエネルギーを大量に消費する技術に頼っていますが、ダイヤモンドベースのスピンフォトンモデルは、より効率的に動作することが期待されています。このモデルは、従来の量子コンピュータに比べて冷却要件が低く、長時間の動作が可能で、エラー率も低く抑えられると予想されています。SPINNINGプロジェクトの最も重要な革新の一つは、量子ビット（キュービット）のもつれを長距離で実現できることです。これにより、従来の量子コンピュータをエラー率とコヒーレンスタイム（保持時間）において大きく上回る性能を発揮します。

「私たちはダイヤモンドの素材特性を活用し、他の技術と同じように強力でありながら、それらの技術の特有の弱点を持たない量子コンピュータ技術を開発しています」と、SPINNINGプロジェクトのコーディネーターであるフラウンホーファーIAFのプロフェッサー・ドクター・リュディガー・クワイ氏は語ります。プロジェクトは、ダイヤモンド格子のカラーセンターを使用して、窒素やシリコン、ゲルマニウム、スズなどでドープした人工的な格子欠陥に電子を閉じ込めることで、キュービットを作成しています。電子のスピンは、近くにある13C炭素同位体の5つの核スピンと磁気的に相互作用し、これにより安定したアドレス指定可能なキュービットが形成されます。

主な成果と成功

SPINNINGコンソーシアムは、2024年10月22日と23日にベルリンで開催された連邦教育・研究省（BMBF）の「量子コンピュータデモンストレーション設備」プログラムの中間会議において、重要な進展を発表しました。特に注目すべき成果は、20メートルの距離でキュービットのもつれを実証したことです。チームは初めて、6キュービットを持つ2つのレジスターを20メートルの距離でもつれさせ、高い忠実度を達成しました。これにより、コヒーレンスタイムやエラー緩和の点で従来の量子システムを大きく上回る成果を達成しました。

また、チームはシステムに使用される基本的な材料の改善を行い、ダイヤモンド内のカラーセンターやフォトニック共振器技術の進展を遂げました。さらに、量子コンピュータを操作するための電子機器の開発や、人工知能（AI）アプリケーションでの初期利用が進んでいます。これらの中間成果を超伝導ジョセフソン接合（SJJ）ベースの量子コンピュータと比較することで、ダイヤモンドベースの量子技術の可能性が改めて示されました。世界的にSJJベースの量子システムの開発に多くのリソースが投資されていますが、スピンフォトン量子コンピュータは、エラー率や一キュービットゲートの忠実度という重要な指標で同等の成果を上げています。

今後の展望：技術的な課題の克服

大きな進展があった一方で、プロジェクトが完了するまでには克服すべき技術的な課題も残っています。これらには、共振器設計のさらなる改良による再現性向上や、スピンフォトン量子コンピュータのルーティングを自動制御するためのソフトウェアのさらなる開発が含まれます。それでも、SPINNINGプロジェクトは、信頼性が高く効率的、かつスケーラブルな量子コンピュータの未来を切り開いています。

ダイヤモンドベースの量子技術を駆使したSPINNINGプロジェクトは、実用的で高性能な量子コンピュータの実現に向けて重要なリーダーシップを発揮しています。