2018年 | プレスリリース?研究成果
高品質な酸化物半導体で量子計算に利用できる電子状態を作り出すことに成功 ―エラーの起こりにくい量子計算機用素子に新たな展望―
【発表のポイント】
- 高品质な酸化物半导体に强い磁场を加えることで、エラーが起こりにくい量子计算（注１）が可能とされる、特殊な电子状态を作り出すことに成功した。
- このような电子状态は、これまで极めて不纯物の少ないヒ化ガリウムで実现されていたが、今回酸化物半导体で初めて観测され、この电子状态が形成されるためには磁场の大きさだけでなく、磁场の向きが重要であるという新たな知见が得られた。
- 量子计算を行う际、计算エラーは结果の信頼性に致命的であることが知られているが、今回得られた研究成果は、酸化物半导体を用いた信頼性の高い量子计算実现に向けた基盘となる。
【概要】
東京大学大学院工学系研究科附属量子相エレクトロニクス研究センター?物理工学専攻の川﨑雅司教授（理化学研究所創発物性科学研究センター強相関界面研究グループ グループディレクター）が率いる研究グループは東北大学金属材料研究所の塚﨑敦教授、マックス?プランク固体研究所のJurgen H. Smet（ヨルグン?シメット）博士のグループと共同で、酸化物半導体に強い磁場を加えることにより、エラーの起こりにくい量子計算に応用可能な電子状態を作り出すことに成功した。
现在、量子计算机の开発に世界中の研究者がしのぎを削っており、超伝导体の微小接合を用いる手法が研究の主流であるが、大规模化やエラーの订正を行うことが困难であると指摘されている。そのため、集积化が可能な半导体中の电子に强い磁场を加えることで、特殊な状态を作り出し、この状态の位相の不连続性を利用して原理的に计算过程でのエラーを発生させない量子情报媒体が実现可能であると理论的に提案されている。この电子状态は、不纯物が极めて少ないヒ化ガリウムで実现されてきたが、电子浓度などの物理パラメータを精密に制御する必要があり、安定して発现させるための条件が明らかでなかった。
今回の研究では、化学的に安定で高品质な酸化物を用いることで、ヒ化ガリウム以外でこの电子状态を観测することに成功した。また、外部磁场の向きが大きな影响を与えることを初めて见出した。今后、酸化物材料を基盘とする信頼性の高い量子计算の実现が期待される。
本研究成果は米国オンライン科学雑誌『Science Advances』に平成30年9月14日に掲載される。
本研究は科学技術振興機構（JST）戦略的創造研究推進事業個人型研究（さきがけ）「量子の状態制御と機能化（研究総括：伊藤 公平）」の研究課題「量子計算のための高品質酸化亜鉛を用いた材料基盤創出（代表者：小塚 裕介）」（No. JPMJPR1763）、戦略的創造研究推進事業チーム型研究（CREST）「二次元機能性原子?分子薄膜の創製と利用に資する基盤技術の創出（研究総括：黒部 篤）」の研究課題「トポロジカル絶縁体ヘテロ接合による量子技術の基盤創成（代表研究者：川﨑 雅司）」（No. JPMJCR16F1）、ドイツ研究振興協会（FA 1392/2-1）の支援を受けて行われた。
【用语解説】
（注1） 量子计算、量子ビット
量子力学の重ね合わせの原理を利用する计算を量子计算と呼ぶ。例えば、电子の自転（スピン）の回転方向は右回りと左回りの2つが考えられるが、量子力学では両方の回転の状态が同时に起こっていると解釈できる中间の状态を取ることができる。このような量子力学の法则に従った2つの状态を取る性质を情报媒体として使うものを量子ビットと呼ぶ。そのため、复数の数を同时に含んだ「数（状态）」を用意でき、特定のアルゴリズムに従えば所望の答えだけが选びだされる量子计算を行うことが可能である。
図 酸化亜铅试料の写真と构造の模式図
问い合わせ先
＜报道担当＞
东北大学金属材料研究所 情报企画室広报班
电话番号：022-215-2144
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