富士通が世界初の動作するダイヤモンドスピン量子コンピュータのプロトタイプを開発

日本のテクノロジー大手である富士通は、世界初となる動作可能なダイヤモンドスピン量子コンピュータのプロトタイプを開発した。このプロトタイプは、スズ空孔（SnV）中心を光集積回路に組み込んでいる。この新しいプロトタイプは-456.9°F（-271.6°C）で動作し、超伝導量子コンピュータが必要とする-459.6°F（-273.13°C）よりも約2.8°F高い温度で動作する。富士通によると、この技術は光を利用して各計算モジュールを接続することで、より強力な量子コンピュータの発展を促進することができる。同社は2027年までにマルチモジュールのダイヤモンドスピンプロトタイプを構築し、2030年までに量子コンピューティングの実用化を目指すとしている。

富士通の量子ロードマップによると、同社は2030年度までに250論理量子ビットシステムを開発し、2035年度までに1000論理量子ビットシステムを実装することを目指している。QuTechのディレクターであるKees Eijkel博士は、「このプロトタイプのダイヤモンドスピン量子コンピュータを発表できることを嬉しく思います。これは2020年以来、富士通、デルフト工科大学、QuTechの間で進められてきた共同研究の成果です」と述べている。

新しい量子ビット技術

このプロトタイプは、ダイヤモンド結晶中の格子欠陥、より一般的には色中心を利用して量子ビットを作成する。ダイヤモンドスピンシステムは通常、窒素空孔（NV）中心に依存しており、これは窒素原子が隣接するダイヤモンド格子中の炭素原子を置換するときに形成される。しかし、新しいシステムでは、エンジニアはスズ空孔（SnV）中心を使用する。これらの欠陥は、ダイヤモンド構造中にスズ原子が二つの空孔の間に位置している。富士通によると、それらの対称構造により、SnV中心は従来のNV中心よりも外部ノイズの影響を受けにくい。

さらに、SnV中心の光発光輝度はNV中心の約10倍であり、これは量子モジュール間の光学的接続を改善し、エラー訂正の効率を高めるのに役立つ可能性がある。

このシステムの特性により、量子状態の安定性を維持し、競合する方法よりも少ない物理量子ビットで論理量子ビットを形成することができる（量子アルゴリズムを実行するために使用される物理量子ビットのグループ）。富士通はまず、高品質なスズをダイヤモンド基板に注入し、アルミニウム酸化物と二酸化ケイ素基板と結合するプロセスを開発した。ダイヤモンドの厚さは数百マイクロメートルからわずか数百ナノメートルに減少し、量子チップに統合できるようにした。

量子コンピューティングの将来計画

同社はまた、SnV中心を含むナノサイズのダイヤモンド結晶とアルミニウム酸化物光導波路を組み合わせたフォトニック集積回路を作成した。最終的に、富士通は光、マイクロ波、無線周波数波でダイヤモンドスピン量子ビットを制御するメカニズムを作成した。富士通の最高技術責任者であるVivek Mahajanは、「このプロトタイプに適用したダイヤモンドスピン方法は、それ自体が優れた拡張性を備えており、超伝導量子コンピュータと統合される可能性もあり、その能力をさらに拡張し、より複雑で大規模な計算を可能にする可能性があります」と述べている。

このデバイスは、富士通のハイブリッド量子コンピューティングプラットフォームでテスト環境で動作している。同社によると、ユーザーは追加の専門知識を必要とせずにこの新しいハードウェアを制御することができる。Mahajanは声明で次のようにまとめている。「私たちのロードマップによれば、2030年度までに250論理量子ビットシステムを実現し、2035年度までに1000論理量子ビットシステムを達成することを目指し、富士通はソフトウェアからハードウェアまでの幅広い分野で実用量子コンピューティングを推進し続けます。同時に、ダイヤモンドスピン方法の高忠実度や光学的接続性などの重要な利点を活用します。」

項目	仕様
動作温度	-456.9°F (-271.6°C)
スズ空孔中心	ダイヤモンド構造中に存在
光発光輝度	NV中心の約10倍

ダイヤモンドスピン量子コンピュータの可能性と課題

富士通的钻石自旋量子计算机原型标志着量子计算技术的一个重要进步。通过使用锡空位中心，该系统在稳定性和光发射亮度方面优于传统的氮空位中心，这对于提高量子计算的效率至关重要。此外，该技术的运行温度较高，可能使量子计算机的实用化更具可行性。然而，富士通仍需克服技术挑战，以实现其在2030年前的量子计算目标，并确保其系统能够与现有的超导量子计算机技术整合。