単純な量子ゲートの構築は一般的ですが、トランジスタ並みの規模で構築できるものを作るのは大きな課題です。現在、ウィーン工科大学、日本の国立情報学研究所、NTT物性科学基礎研究所の研究者たちが、スケールアップが可能なアーキテクチャを提案しています。
研究者らが提案しているのは、ダイヤモンド内の窒素原子のスピンに基づいたスケーラブルな量子コンピュータをサポートすると考えられる基本アーキテクチャだと考えている。
この構造では、2つのスピン状態を占有できる窒素原子をダイヤモンドに注入し、それぞれの窒素欠陥を2枚のミラーを備えた光共振器に閉じ込める。光ファイバーを用いることで、光子をこの量子システムに結合させ、窒素原子のスピンを破壊することなく操作することが可能になる。
研究者らはPhysical Review X誌に掲載された論文の中で、「モジュールは光ファイバーネットワークを伝播する光子によって接続される。共振器は光子と電子スピンの相互作用を媒介し、エンタングルメントの分配と読み出しを可能にする。電子スピンは核スピンと結合し、量子情報が保存・処理される長寿命量子メモリを構成する」と述べている。
研究者らによると、個々のシステムは、エラー耐性のある2次元アレイとして接続できるという。ショアの素因数分解量子コンピューティングアルゴリズムを2048ビットの素数に対して実行するには約45億個の量子ビットが必要だが、このアーキテクチャは個々の要素を小型化できる可能性を秘めていると研究者らは付け加えている。
ウィーン工科大学はすでにダイヤモンド内窒素量子チップの実験を行っている。画像：ウィーン工科大学
TU Viennaの発表はここにあります。
昨年、カリフォルニア大学サンタバーバラ校の研究者らは、光子を用いてダイヤモンドの窒素空孔中心を制御できることを実証しました。®
