技術者が世界初のポータブルなダイヤモンド量子コンピュータを開発 — 室温で作動しコンセントに接続可能

ドイツのスタートアップ企業が、10量子ビットを超える世界初のダイヤモンドベースの量子コンピューティングシステムを発表しました。

Saxon Qのエンジニアによって構築されたこのマシンは、窒素空孔（NV）量子コンピュータであり、合成ダイヤモンドの欠陥を量子ビット（qubit）として使用して量子演算を実行することを意味します。量子ビットは、データの0と1、および0と1の両方の重ね合わせである量子状態を表すように操作できます。

このハードウェアは現在、最大128量子ビットを搭載したラックマウントシステムで提供されており、来年には512量子ビット構成の納品が可能になる予定です。同社のロードマップによると、目標は2030年以降に10,000量子ビット以上に拡張することです。

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このデビュー前から技術自体は存在していましたが、窒素空孔量子ビットの作製が困難であるため、科学者たちは10量子ビットを超えるシステムの構築は難しいと考えてきました。

Live Scienceは技術の仕組みを概説したテクニカルホワイトペーパーを確認しましたが、この発表以前に、10量子ビット以上で動作するNVアーキテクチャに基づいた実用的な量子コンピュータを実証する公開された研究は存在しなかったようです。同社の量子コンピュータが他のプラットフォームと比べてどの程度優れているかは、まだ正確には不明です。

量子力学と欠陥のあるダイヤモンド

1970年代、科学者たちは、特定のダイヤモンドに特定の方法で光を当てると、鮮やかな赤色の光を放つことを発見しました。その後の研究により、この光学的変化は、孤立した置換窒素原子を引き寄せるアニーリング放射線損傷によって引き起こされることが判明しました。言い換えれば、自然界では、本来炭素原子があるべき場所に窒素原子が存在するダイヤモンドが時折生成されます。

統合されていない窒素原子は、ダイヤモンド内部の本来完璧に整列している炭素原子の空孔に引き寄せられます。このような欠陥のあるダイヤモンドは自然界では稀にしか発生しませんが、科学者は研究室で窒素空孔を持つダイヤモンドを作成することができます。

機能的には、空孔内の個々の窒素原子は「トラップ」されたかのように動作し、その電子は周囲の炭素原子内の電子とは独立して「スピン」することができます。

科学者たちは、特殊なレーザーを使用して窒素原子の電子を「ゼロ」として測定される特定の状態に置くことで、この「スピン」特性を利用します。その後、マイクロ波パルスを使用して電子を精密に操作し、バイナリの「ビット」では到達できない量子状態を含む多数の構成を作り出すことができます。

ライプツィヒ大学の実験物理学教授でSaxon Qの共同創設者であるMarius Grundmann氏は、同社が10量子ビットの壁を突破することを可能にした画期的な進歩は、材料の発見であったと述べました。