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2025-09-22 15:28:00
ワシントンDC：エンジニアは、シリコンチップ内で原子核を「トーク」する方法を発見し、スケーラブルな量子コンピューターへの扉を開きました。
サウスウェールズ大学（UNSW）の研究者は、原子核を電子を通って通信させる方法を発見し、今日のコンピューターチップで使用されているスケールで絡み合いを実現できるようにしています。このブレークスルーは、スケーラブルでシリコンベースの量子コンピューティングを現実にずっと近づけます。
UNSWのエンジニアは量子コンピューティングに大きな進歩を遂げました。「量子絡み合い状態」を作成しました。2つの原子核のスピンを使用して、2つの別々の粒子が非常に深くリンクして独立して動作しなくなりました。
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このようなエンタングルメントは、量子コンピューターに従来のものよりも優位性を与える重要なリソースです。
この研究は9月18日にジャーナルScienceで掲載され、21世紀の最もエキサイティングな科学的技術的課題の1つである大規模な量子コンピューターを構築するための重要なステップです。
リード作家のホリー・ステンプ博士は、この成果は、既存のテクノロジーと製造プロセスを使用した量子コンピューティングに必要な将来のマイクロチップを構築する可能性を解き放つと述べています。
「私たちは、標準的なシリコン電子デバイスが現在製造されている規模で、最もクリーンで最も孤立した量子オブジェクトを互いに話し合うことに成功しました」と彼女は言います。
量子コンピューターエンジニアが直面している課題は、2つの対立するニーズのバランスをとることでした。コンピューティング要素を外部干渉とノイズからシールドすると同時に、意味のある計算を実行するために対話できるようにします。
これが、レースにまだ多くの異なるタイプのハードウェアが最初の操作量子コンピューターになっている理由です。一部は高速操作を実行するのに非常に適していますが、ノイズに苦しんでいます。他のものはノイズから十分に保護されていますが、操作して拡大するのは困難です。
UNSWチームは、今日まで、2番目のキャンプに配置できるプラットフォームに投資しています。彼らは、量子情報をコードするために、シリコンチップに移植されたリン原子の核スピンを使用しました。
「原子核のスピンは、固体状態で見つけることができる最もきれいで最も孤立した量子オブジェクトです」と、UNSW電気工学および電気通信学校のアンドレア・モレロ教授は言います。
「過去15年間、私たちのグループは、このテクノロジーを量子コンピューティングレースで本物の競争相手にしたすべてのブレークスルーを開拓しました。30秒以上の量子情報を量子の世界では、1％未満のエラーで量子論理操作を実行できることをすでに実証しました」とMorelloは言いました。
「私たちはシリコンデバイスでこれを達成した世界で最初でしたが、すべて価格がありました。原子核を非常にきれいにするのと同じ隔離であり、大規模な量子プロセッサでそれらをつなぐことを難しくします」とモレロは付け加えました。
これまで、複数の原子核を動作させる唯一の方法は、それらが固体の中に非常に近くに配置され、同じ電子に囲まれることでした。
「ほとんどの人は電子を最も小さな亜原子粒子と考えていますが、量子物理学は、宇宙で「広がる」ことができるため、複数の原子核と相互作用できるようになっていることを示しています」
「それでも、電子が広がる可能性がある範囲は非常に限られています。さらに、同じ電子に核を追加すると、各核を個別に制御するのが非常に困難になります」とHolly博士は付け加えました。
「メタファーとして、これまで、核は防音室に置かれた人々のようだったと言うことができました」とホリー博士は言います。
彼女は続けて、「彼らはすべて同じ部屋にいる限り互いに話すことができ、会話は本当に明確です。しかし、彼らは外部から何も聞くことができず、部屋の中に収まることができる人はたくさんいます。この会話のモードは「スケール」しません」」
「このブレークスルーでは、まるで他の部屋に通信するために人々に電話をかけたかのようです。すべての部屋はまだ内側が静かで静かですが、今では遠く離れていても、さらに多くの人々の間で会話をすることができます。」
「電話」は実際、電子です。紙の別の著者であるマーク・ヴァン・ブランケンシュタインは、サブ原子レベルで実際に何が起こっているのかを説明します。
「空間に広がる能力により、2つの電子はかなり距離で互いに「触れる」ことができます。そして、各電子が原子核に直接結合されると、核はそれを通して通信できます。」
「私たちの核間の距離は約20ナノメートルでした。人間の髪の幅の1000分の1でした」とStemp博士は言います。
「それはあまり聞こえませんが、これを考慮してください。各核を人のサイズにスケーリングした場合、核間の距離はシドニーとボストンの間の距離とほぼ同じでしょう！」 Stemp博士を追加しました。
彼女は、20個のナノメーターが、最新のシリコンコンピューターチップがパーソナルコンピューターや携帯電話で機能するように日常的に製造されるスケールであると付け加えています。
実験のエキゾチックな性質にもかかわらず、研究者は、これらのデバイスが現在のすべてのコンピューターチップの構築方法と根本的に互換性があると述べています。リン原子は、メルボルン大学のデイビッド・ジェイミーソン教授のチームによってチップに導入され、日本のケイオ大学のコハイ・イトー教授が供給したウルトラピュアシリコンスラブを使用して導入されました。
原子核を同じ電子に取り付ける必要性を除去することにより、UNSWチームは、原子核に基づいたシリコン量子コンピューターのスケールアップに最大の障害を一掃しました。
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