Building a scalable Quantum Computing future with light
ダイヤモンドスピン
量子コンピュータ
光接続により拡張可能なモジュール型アーキテクチャ
量子コンピュータの研究開発は急速に進んでいますが、社会で広く活用するには、大規模化という大きな壁があります。ダイヤモンドスピン方式は、光による接続で大規模化を見据えて設計された、新たなアプローチです。
ダイヤモンドスピン量子コンピュータの特長
モジュールを構成する2種類の量子ビット
ダイヤモンドスピン方式の量子コンピュータは、ダイヤモンド結晶中の「カラーセンター」と呼ばれる欠陥構造によって形成されるスピンを、量子ビットとして利用する方式です。人工ダイヤモンド中に形成されたカラーセンターの電子スピンを、光接続が可能な「電子スピン量子ビット」として利用します。あわせて、量子状態を安定に保持する「核スピン量子ビット」を含め、これらを1つの量子モジュールとして使用します。なお、カラーセンターに用いられる不純物としては、一般的には窒素が用いられており、こうした構造はNVセンターと呼ばれます。
光接続によるスケーラビリティ
ダイヤモンドスピン方式の特長の1つが、光を用いて柔軟に接続できる点です。光による相互接続を前提とした量子モジュールを用いるため、最小単位のモジュールが確立すれば、光接続によって大規模化が可能になります。この特性は、将来の実用化に不可欠な大規模化を容易にするという点で極めて重要です。
長いコヒーレンス時間
ダイヤモンドスピン方式のもうひとつの特長が、量子状態を長時間安定に保持できる長いコヒーレンス時間です。コヒーレンス時間が長いことで量子情報を安定して扱うことができるため、より実用的な量子計算へと発展させる上で重要な要素とされています。
ヘテロアーキテクチャの可能性
ダイヤモンドスピン方式量子コンピュータは、計算プラットフォームとして機能するだけでなく、光接続の特性により、今後、超伝導などの他方式の量子コンピュータと物理的に接続する可能性を持っています。これにより、異なる方式の量子コンピュータを組み合わせた、「ヘテロアーキテクチャ」な量子計算システムを実現できる可能性があります。
光接続の効率を高めるSnVセンター
従来はダイヤモンドに窒素を不純物として導入したNVセンターが一般的でしたが、富士通が開発しているダイヤモンドスピン方式では、スズを不純物として導入したSnVセンターを用いています。SnVセンターは外部環境のノイズの影響を受けにくく、従来と比べて約10倍明るく発光することで、光接続の効率を高めます。今後はSnVセンターを用いた複数の量子モジュールを、高効率に光接続でつなぐことによるスケールアップが可能になります。
よくあるご質問
Q. ダイヤモンドスピン方式とは何ですか？
A. ダイヤモンドスピン方式は、ダイヤモンド結晶中のカラーセンターの電子スピンと、それに結合した核スピンを量子ビットとして利用する方式です。光による接続を前提としたモジュール構成により、大規模化を見据えた量子コンピュータを実現します。
Q. 「光接続」は、大規模化の課題をどのように解決するのですか？
A. ダイヤモンドスピン方式では、電子スピン量子ビット同士を光で接続できます。光による相互接続を前提とした量子モジュールを用いることで、複数の量子モジュールを柔軟に接続し、大規模化が可能になります。
Q. 富士通のダイヤモンドスピン方式量子コンピュータはどのような体制で開発されたのですか？
A. 富士通のダイヤモンドスピン方式量子コンピュータは、富士通とデルフト工科大学（Delft University of Technology）、量子技術研究機関であるQuTechの3者による共同研究として、量子コンピュータに必要な技術をフルスタックで開発しています。
Q. なぜ富士通は、量子コンピュータの開発に、超伝導方式とダイヤモンドスピン方式の両方に取り組んでいるのですか？
A. 富士通は、研究開発がより進んでいる超伝導方式を近い将来の実用化を担う技術として開発するとともに、光接続を用いた拡張性を持つダイヤモンドスピン方式の研究にも取り組んでいます。今後、ダイヤモンドスピン方式の技術向上と光接続によるスケールアップに向けた取り組みを進めるとともに、超伝導方式との接続技術の開発にも取り組み、両方式の特徴を活かした量子コンピュータの実現を目指してまいります。
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