オールシリコン量子インターネットの実現に向けた画期的発見

カナダのサイモンフレーザー大学の研究者たちは、量子インターネットを加速させる新たな方法を考案したのかも知れない。Nature誌に掲載された論文で、研究者らは、シリコン量子ビットが互いの間に「フォトニックリンク」を生成する能力を出現させることを実証した。さらに、この同じ光通信能力は、すでに社会の合理的な部分(まだ不十分)でデータを伝送している既存の光ファイバーインフラと容易に統合できる可能性があるとのことだ。これは量子インターネットの実現にかかるコストの大幅な削減に繋がる可能性がある。

論文では、特定のタイプの量子ビットを用いた観測について述べられている。「Tセンター」フォトン-スピン量子ビットは、シリコンに含まれる特定の発光欠陥を利用した量子ビットで、具体的には、CPUの製造技術にも利用されているInGaAs(インジウムガリウム砒素)である。シリコン量子ビットは、すでに顕著なコヒーレンス時間を示している。コヒーレンス時間とは、量子ビットが外部干渉によって崩壊し、その過程で情報が失われ、本来の用途に使用できなくなることに対する抵抗力を意味する。

このコヒーレンス時間が長ければ長いほど、そして「Tセンター」量子ビットの連結が比較的容易であればあるほど、より重要な計算を行うことができるようになるのだ。この実験では、1,500個以上のTセンター量子ビットでこの効果を観測し、再現できることを確認した。これは、このソリューションの潜在的なスケーラビリティを示す健全な指標となりえる。

シリコン量子技術におけるカナダ研究主任のStephanie Simmons氏は、「この研究は、単一のTセンターの分離測定としては初めてのものであり、実際、光測定だけで行われたシリコン中のあらゆる単一スピンの測定としては初めてのものです」と語っている。

optical single array
シリコンで初めて全光学的な単一スピン測定を行うために使用された集積型フォトニックデバイスのアレイ。1枚のシリコンフォトニックチップ上に数万個が集積されている。(出典:Photonic)

量子ビットの中には、フォトニクスを利用して個々の量子プロセッシング・ユニット(QPU)間のスケーリングを可能にするソリューションが既に市場に出回っている。しかし、他のソリューションでは、相補的なシステムとの結合なしに、フォトニクスを通じて情報を送信する能力は本来備わっていない。そのため、量子情報通信技術にもう一歩踏み込むことになり、環境の変化に左右されやすい量子情報通信技術に、さらに不安定要素を加えることになる。また、両技術の組み合わせにかかるコストも考慮しなければならない要素だ。

一方、「Tセンター」フォトン-スピン量子ビットは、すでに光に基づく現象から生まれたものである。しかも、現在の光ファイバー通信や通信ネットワーク機器が使用しているのと同じ波長で発光し、99%以上の忠実度を保っている。

「Tセンターでは、他のプロセッサと本質的に通信する量子プロセッサを構築することができます。シリコン量子ビットが、データセンターやファイバーネットワークで使用されているのと同じ帯域の光子(光)を放射して通信することができれば、量子コンピューティングに必要な数百万の量子ビットを接続する際に、これと同じ利点を得ることができます」とSimmons氏は言う。

シリコンベースの量子ビットの利点は、製造のしやすさにもある。技術産業はすでに何十年も前からシリコンベースのトランジスタを製造しているが、今やシリコン製造でさえも量子効果を考慮しなければならない段階にまで来ている。その結果、量子産業とシリコン産業が融合し、2030年までに4531.4億ドル規模になると予想される。そしてこの分野に、規模のメリット、そして重要なのはコストのメリットをもたらす可能性があるのだ。

Simmons氏は、「量子コンピュータのプロセッサをシリコンで作る方法を見つけることで、量子製造のために全く新しい産業を立ち上げるのではなく、従来のコンピュータの製造に使われてきた長年の開発、知識、インフラをすべて活用することができます」と結論付けている。「これは、量子コンピュータの国際競争において、ほとんど乗り越えられない競争優位性を意味します。」

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この記事を書いた人

TEXAL管理人。学校の授業でMS-DOSを使っていたくらいの年代。Windows95の登場で衝撃を受け、テクノロジー業界に興味を持つ。以来ガジェット・ゲーム情報を追い続けてうん十年。大学では物理を専攻していたこともあり、物理・宇宙関係の話題も大好き。

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