お知らせ
- 2025年1月お知らせ
- 服部報公会 特別講演会「応用物理学研究の最前線~未来に向けた挑戦~」
- 2024年5月受賞報告
- 川上 恵里加 理研白眉研究チームリーダーが船井学術賞を受賞
- 2024年1月研究成果
- 伝搬する光の論理量子ビットの生成-大規模誤り耐性型量子計算への第一歩-
- 2023年12月お知らせ
- 国産量子コンピュータ初号機「叡(えい)」ロゴマークを決定
イベント
- 2024年12月RQC Seminar
- 176th RQC Seminarを2024年12月24日(火)にハイブリッドで開催します。(講演者:Dr. 朱宮 奈那)
- 2024年12月RQC Colloquium
- 29th RQC Colloquiumを2024年12月10日(火)にハイブリッドで開催します。(講演者:Dr. Emmanuel Flurin)
- 2024年12月RQC Seminar
- 177th RQC Seminarを2024年12月9日(月)にハイブリッドで開催します。(講演者:Mr. Linus Ekstrom)
- 2024年12月RQC Seminar
- 173rd RQC Seminarを2024年12月6日(金)にハイブリッドで開催します。(講演者:Prof. Yangsen Ye)
- 2024年12月RQC Seminar
- 172nd RQC Seminarを2024年12月6日(金)にハイブリッドで開催します。(講演者:Dr. Patrice Bertet)
研究紹介
超伝導 超伝導量子コンピュータ研究開発
蔡 兆申(超伝導量子シミュレーション研究チーム チームリーダー)
超伝導状態とは金属の抵抗がゼロになる奇妙な現象で、この状態では、すべての伝導電子は単一な「巨視的量子状態」と呼ばれる特殊な量子的な状態に落ち込む。巨視的量子状態では、自由度は、巨視的位相と電荷数の二つのみに限定され、大変秩序だった単純な物理系が形成される。
原子ポテンシャルに束縛された電子のように、束縛状態にある量子ではエネルギーの量子化が起こる。超伝導の巨視的量子状態では、ジョセフソン接合の作り出す束縛ポテンシャルにより巨視的量子状態に量子化されたエネルギー準位が出現する。これまでに様々なタイプの超伝導量子ビットが、ジョセフソン接合を含んだ超伝導回路によって作り出されている。 最初に実現した超伝導量子ビットは「電荷量子ビット」と呼ばれる回路であった[Nature 398, 786, 1999]。この量子ビットは電子対をためる超伝導の「島」構造をもつことを特徴としている。この回路はその後様々な改良が施され、トランズモンと呼ばれる長寿命の量子ビットが作り出された。これを基本素子とするゲート操作に基づく超伝導量子コンピュータの研究が現在世界中で大規模に進められている。超伝導量子コンピュータに基づく世界初の商用量子コンピュータ(IBM社)や、量子超越性のデモンストレーション(Google社)などは特記できる世界的な研究開発状況であろう。
2003年には、磁束量子をためる超伝導のループ構造を持つ「磁束量子ビット」が開発された。この量子ビットは、現在では量子アニーリング回路に応用され、4000ビット級の量子アニーリング集積回路がD-Wave System社により開発されすでに市販されている。 我々の研究室では量子コンピュータに向けた様々な側面の研究開発を行っている。量子ビットの集積化に際して発生する3次元配線問題を解決するため、疑似2次元ネットワークを用いた新規な量子コンピュータのスケーラブルなマイクロアーキテクチャを提案し[New Journal of Physics, 22, 043013, 2020]、それに基づく集積量子チップを試作した。この回路方式の特徴は、ビット間の最近接結合を保ちつつ、全量子ビットをチップ周辺部に配置することを可能にする。したがって、この量子ビットの配置は、従来の2次元広帯域配線技術を使い入出力配線を実現できる利点を持つ。
図は試作した16ビットチップ擬2次元ネットワークを使った集積超伝導量子ビットコンピュータチップ(4 x 4アレー相当)である。この回路の性能評価と、更なる集積化の研究を進めている。
我々はまた、クラスター状態を利用する一方超伝導量子回路の研究を進めている。この研究では、超伝導経路で時間領域での1Dクラスター状態の生成に初めて成功した[arXiv:2105.08609]。量子ビットを時間領域で繰り返しリサイクルして使うことにより、2つの物理的量子ビットのみにより、4量子ビットの相当の線形クラスター状態を、59%の高忠実度をもって生成することに成功した。さらに、生成された4量子ビットは完全多体エンタングルメント(GME)状態にあることをprojector witnessの期待値を調べることにより確認した。この成果は、物理的超伝導量子ビットの数よりも大きいビット数のエンタングル状態を生成することが可能であることを示しており、量子ビット空間領域の複雑さが軽減され、将来的にはエラー訂正可能な3Dクラスターの生成につながる可能性がある。また擬2次元ネットワークを使った18ビットのクラスター状態生成用量子チップも試作した。
我々は、超伝導量子ビットを用いた量子アニーリング回路の研究も行っている。共振器のネットワークを介した、新規な全結合型の量子アニーリング回路のアーキテクチャの提案行った[J. Phys. Soc. Jap. 88, 061011, 2019]。この方式に基づく8ビットの全結合型量子アニーリングチップを試作し、その性能評価を行っている。
図 擬2次元ネットワークを使った16ビットチップ集積超伝導量子ビットチップ。4 x 4アレーに相当する回路であり、左の挿入図は量 子ビット部とエアブリッジを用いた共振器の交差部の拡大図である。
前回までの研究紹介
RQC Photoライブラリー ▶︎archive
量子コンピュータ研究センター 研究体制
超伝導
中村 泰信 量子コンピュータ研究センター 超伝導量子エレクトロニクス研究チーム 理研RQCー富士通連携センター 蔡 兆申 超伝導量子シミュレーション研究チーム 阿部 英介 超伝導量子エレクトロニクス
連携研究ユニット 田渕 豊 超伝導量子計算システム
研究ユニット 野口 篤史 ハイブリッド量子回路
研究チーム
光/原子/電子
古澤 明 光量子計算研究チーム 米澤 英宏 光量子制御研究チーム 青木 隆朗 ナノフォトニック共振器量子電気力学研究チーム 福原 武 量子多体ダイナミクス
研究チーム Sylvain de Léséleuc 冷却原子量子システム研究チーム 川上 恵⾥加 浮揚電子量子情報
理研白眉研究チーム
理論
藤井 啓祐 量子計算理論研究チーム Franco Nori 量子情報物理理論研究チーム 柚木 清司 量子計算科学研究チーム 後藤 隼人 量子コンピュータアーキテクチャ
研究チーム 桑原 知剛 量子複雑性解析理研白眉
研究チーム Bartosz Regula 数理量子情報理研白眉
研究チーム Daniel Loss 半導体量子情報デバイス理論
研究チーム
半導体
樽茶 清悟 半導体量子情報デバイス研究チーム
マネジメント
萬 伸一 量子コンピュータ研究センター 登内 敏夫 センター長室 コーディネーター量子技術イノベーション拠点
量子技術に関して、これまで我が国の大学・研究機関等で長年にわたって蓄積してきた研究や人材の厚みを一層増し、かつ、基礎的・基盤的な研究の多様性を確保する観点から、こうした大学・研究機関における幅広い研究等に対し、国として継続的な支援を充実・強化していくことが重要である。
その上で、我が国が強み・競争力を保持する技術領域を中心として、国際競争力を確保・強化する観点から、技術の特性に応じて人材・技術等を結集し、基礎研究から技術実証、オープンイノベーション、知的財産管理、人材育成等に至るまで産学官で一気通貫に取り組む拠点を形成することが極めて重要である。こうした国際的な研究開発拠点として、新たに「量子技術イノベーション拠点(国際ハブ)」を形成する。
同拠点は、国の研究機関や大学等を中核として、国内外から優れた研究者・技術者を結集するとともに、企業等から積極的な投資を呼び込み、大学・企業間の有機的な連携・協力体制を構築する。同時に、複数の大学・大学院等と連携・接続し、将来を担う量子技術分野の人材育成を行う中核拠点としての役割も整備・構築していく。(「量子技術イノベーション戦略」2020年1月21日 統合イノベーション戦略推進会議 )
産業競争力強化、経済安全保障、量子技術利活用、国際競争力強化等を図る観点から、新たな拠点形成・機能強化等の体制強化を行う。(「量子未来社会ビジョン」2022年4月22日 統合イノベーション戦略推進会議 )
・QIH 量子技術イノベーション拠点
各研究拠点
量子技術
イノベーション拠点
(中核組織:理化学研究所)
量子・AI融合技術ビジネス
開発グローバル(産業技術総合研究所)
量子コンピューテーション開拓(理化学研究所)
量子センサ(東京工業大学)
量子技術基盤・量子生命(量子科学技術研究開発機構)
量子マテリアル(物質・材料研究機構)
量子ソリューション(東北大学)
量子化学産業創出(東海国立大学機構)
量子国際連携(沖縄科学技術大学院大学)
量子セキュリティ(情報通信研究機構)
量子コンピュータ利活用(東京大学-企業連合)
量子ソフトウェア研究(大阪大学)